回火温度对9310钢力学性能及组织的影响

sunny2008

9310钢是国外广泛使用的一种低成本且具有非常优异综合性能的传动部件用高强度渗碳钢，其不仅强度高，韧性好，而且有着高的淬透性以及好的可焊性，因此多用于制造截面尺寸较大，且受重载荷的渗碳传动构件，如航空领域中关键齿轮、齿轮轴、主旋翼轴、尾桨轴等传动装置。而目前国内外报道关于9310钢组织和性能的文献资料也比较少。本项目主要针对采用真空熔炼+真空电极自耗重熔（VIM+VAR）冶炼的高纯净国产化的9310渗碳钢，采用Thermo-Calc热力学计算软件对9310钢的平衡组织相变规律进行研究，同时通过拉伸、冲击和硬度等力学性能试验，研究回火温度对9310钢的力学性能的影响规律，从而确定9310钢组织和性能的演变规律以及强韧化机理。

实验用SAE9310钢采用VIM+VAR工艺冶炼，其化学成分为（质量分数，%）：0.11C，1.20Cr，3.40Ni，0.10Mo，0.24Si，0.49Mn，0.0016S，0.0021P，0.0006O，0.0011N，其余Fe；钢中的硫、磷、氧、氮元素含量总和小于0.0055%，远低于AMS6265标准规定的含量。将Φ150mm棒坯改锻成Φ20mm的棒料，开锻温度1150℃，终锻温度大于850℃，然后在680℃退火8h。

所有力学性能试样粗车加工后进行热处理，热处理制度为：先经815℃固溶处理1h，油淬，再分别在100～500℃回火3h后空冷。将热处理后的试样精加工到最终尺寸。拉伸、冲击和硬度等力学试验均在室温下，分别按照国标GB/T228-2002、GB/T229-2007和GB/T230.1-2009进行试验。拉伸试样尺寸为d=5mm，l=5d；冲击试样尺寸为10mm×10mm×55mm，U型缺口。使用日立H-800透射电镜进行微细组织观察，电子加速电压为200kV。TEM薄膜试样制备：先用电火花线切割切取0.5mm厚的薄片，机械减薄至40μm左右，在室温下进行双喷电解减薄。电解液为6%的高氯酸酒精混合液，双喷电解减薄在-20℃下进行，电压30V，电流70mA。

试验结果表明：9310钢淬火后具有最高的抗拉强度，随回火温度的升高，在100～350℃，9310钢的抗拉强度缓慢降低，当温度高于350℃时，其抗拉强度快速下降；9310钢的屈服强度随回火温度的升高而逐渐升高，在250～350℃时达到峰值，随后逐渐降低；冲击韧度随回火温度的升高而逐渐升高，在250℃时达到峰值，而随后在350～450℃为最小值，而温度高于450℃后又会升高。9310钢在150～250℃回火后细小的ε碳化物在板条马氏体基体中弥散析出分布，此时9310钢具有最佳的强韧性配合。