回火温度对3Cr3Mo2NiW钢力学性能和断口形貌的影响

发布时间：2020-10-31 02:53

　　 研究了3Cr3Mo2NiW钢力学性能和断口形貌随回火温度的变化。结果显示,随着回火温度的升高,试验钢的硬度降低,韧性增加,550℃回火时出现二次硬化现象; 600℃以上回火,硬度明显降低,韧性大幅度增加; 700℃回火态试样未冲断。淬火后,随着回火温度的升高,试验钢的基体组织逐渐转变为回火马氏体、回火屈氏体和回火索氏体。300～600℃温度区间内回火试样的断裂方式为准解理断裂,高温回火试样的断裂方式为韧性断裂,不同温度回火后得到的显微组织和碳化物对试样的冲击韧性有较大影响。
【部分图文】：

试验材料的相变温度Ac1、Ac3分别为796℃和857℃，为了获得弥散分布、粒径较小的碳化物和良好的力学性能，将锤锻后的试验钢加热到860℃并保温2 h，随后以30℃/h的冷却速率冷却至500℃，出炉空冷到室温[3]。淬火温度为980℃，保温时间为1 h，随后水淬[4-5]，淬火后分别在300、500、550、600、680、700℃进行回火，空冷[4-6]。回火后利用线切割将毛坯精加工成2 mm标准夏比U型缺口冲击试样。采用HR-150型洛氏硬度测量仪分别测量各个温度回火态试验钢的硬度，每个试样取5个点，求其平均值。采用冲击试验机测量室温冲击韧性，每个回火温度测量3个试样取平均值。冲击试验结束后将试样清洗，利用捷克TESCAN-VEGA3SBH型扫描电镜观察试样冲击断口形貌，冲击试样如图1所示。在不同温度回火后的毛坯试样上取金相试样，经240～2000号砂纸粗磨后用1.0μm金刚石抛光膏抛光，随后用浓度为8%的硝酸酒精进行腐蚀，在扫描电镜下观察不同回火温度下试验钢的显微组织和碳化物分布状况的差别。

材料的硬度取决于不同的基体组织，淬火后的3Cr3Mo2NiW钢组织主要为含碳过饱和状态的马氏体，硬度较高。在随后的回火过程中，随着温度的增加，基体组织发生变化，硬度降低。回火过程中析出碳化物的二次硬化作用能够延缓材料的软化，甚至提高材料的硬度。冲击韧性是评定材料塑性变形过程中，或者断裂过程中吸收能量大小的性能指标，是材料塑性和韧性的综合体现。不同温度下回火试样的硬度和韧性见表2，硬度和冲击性能随回火温度的变化规律如图2所示。由图2可以看出，随着回火温度的提高，试样的硬度首先缓慢降低，500℃回火较300℃回火硬度仅降低了1 HRC。当回火温度提高至550℃时，硬度增高，出现一个二次硬化峰。二次硬化现象的出现与M2C碳化物的析出长大有密切的联系[7]。回火温度继续提高，试样硬度下降速率加快，600℃回火较550℃回火硬度下降了3 HRC。当回火温度超过600℃后，试样的硬度急剧减小，软化加剧。700℃回火态的硬度为23.2 HRC。

夏比冲击试样冲断后的断口形貌能够真实记录裂纹扩展和材料断裂的过程，充分反映出裂纹扩展过程中韧裂和脆裂程度的差别[8]，在评价材料韧性方面，室温冲击韧性和材料断口形貌存在互补性[9]。断口形貌示意图如图4所示。图4 冲击断口示意图[10]
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