淬火冷却速度对20CrNi2Mo钢组织及力学性能的影响

zhangkai

20CrNi2Mo钢是低碳合金马氏体钢，其合金元素低，各种合金元素协同配合效果较好，在世界主要工业国家中，均将其列为推荐标准牌号。20CrNi2Mo钢强度高、塑韧性好，适合用于制造大型的且承受大载荷的零件。本次工作主要研究淬火时不同冷却速率对20CrNi2Mo马氏体钢组织及力学性能的影响，试图为优化20CrNi2Mo马氏体钢的强韧性提供试验参考。

试验用钢为某厂生产的20CrNi2Mo低碳马氏体钢，通过TASMAN直读光谱仪分析测得其主要化学成分如表1所示。
从Φ180mm的圆棒试样上截取9个Φ18mm圆棒试样和9个10.5mm×10.5mm×56mm方形试样作为拉伸和冲击试样的毛坯，然后各试样每3个为一组分别进行不同淬火冷却速率的热处理。热处理具体工艺见表2，就淬火介质的冷却能力而言，油的冷却速率最慢，15%PAG溶液次之，10%冰盐水冷却速率最快。
对试样进行力学性能测试。在JB-30摆锤式冲击试验机上进行冲击试验，测定其断裂冲击吸收能量；金相试样在冲击试样上截取，采用光学显微镜观察显微组织；用洛氏硬度计在抛光的金相试样上取5点进行硬度测试。
表1  试验用钢化学成分（质量分数，%）

C	Si	Mn	Cr	Ni	Mo	S	P	Fe
0.19	0.25	0.55	0.52	1.68	0.23	0.007	0.005	余量

表2  热处理工艺

工艺编号	工艺参数
1	1000℃×50min油淬+350℃×75min回火（2次）
2	1000℃×50min，15%PAG溶液中淬火+350℃×75min回火（2次）
3	1000℃×50min，10%冰盐水中淬火+350℃×75min回火（2次）

试验结果表明：
（1）20CrNi2Mo钢经3种冷却介质淬火后均得到板条马氏体组织，且随着淬火冷却速率的增大，晶粒度几乎不变，而板条马氏体束尺寸减小。
（2）随着淬火冷却速率的增加，20CrNi2Mo钢的强度增大，伸长率和断面收缩率基本保持不变。冲击试验表明，随冷速增加，冲击吸收能量增大，断口由脆性断口转变为韧性断口。