1、由 此 可 见 ， 非 树 枝 晶 铝 合 金 A356 坯 料 在 达 到 固液 相 两 相 区 时 ， 晶 粒 长 大 较 快 ， 而 在 固 相 区 几 乎 不 长大 ， 可 以 忽 略 不 计 。4 结 论（ 1） 非 枝 晶 A356 铝 合 金 在 感 应 加 热 过 程 中 ， 在低 于 共 晶 温 度 时 ， 只 有 少 部 分 的 Si 自 身 凝 聚 粗 化 ， 其形 状 从 片 层 状 变 成 点 链 状 颗 粒 ， 并 随 着 保 温 时 间 的延 长 ， 颗 粒 进 一 步 粗 化 ， 但 长 大 不 明 显 ； 在 高 于 共 晶温 度 时 ， 大 部 分 的 Si
2、 集 聚 粗 化 ， 且 长 大 速 度 比 较 快 ，并 且 大 部 分 分 布 在!相 中 。（ 2） 非 枝 晶 A356 铝 合 金 在 共 晶 温 度 以 下 等 温处 理 时 ， 初 生 相!-AI 晶 粒 的 长 大 缓 慢 ； 在 共 晶 温 度 以上 保 温 时 ， 初 生 相!-AI 晶 粒 的 长 大 较 快 。（ 3） 非 枝 晶 A356 铝 合 金 感 应 加 热 时 ， 晶 粒 的 圆整 度 与 保 温 温 度 和 保 温 时 间 的 关 系 不 大 ， 但 晶 粒 的尺 寸 随 着 保 温 时 间 的 延 长 而 增 大 ， 所 以 在 感 应 加 热重 熔 过
3、 程 中 ， 当 坯 料 达 到 预 定 温 度 后 ， 保 温 时 间 应 尽量 短 。参 考 文 献 ： 1 Spencer D B， Mehrabian R， FIemings M C.RheoIogicaI Behavior ofSn-15pct Pb in the CrystaIIization Range MetaIIurgicaI Transactions J .Foundry Management & TechnoIogy， 1972， 3（ 7） ： 169-174. 2 FIeming M C， Riek R G， Young K P.Rheocasng Process J
4、 . AFSInternationaI Cast MetaIs JournaI， 1976， 1（ 3） ： 11-22. 3 FIeming M C， Young K P. Rheocasting Year book of Science andTechnoIogy M . Mc Graw-HiII， New York， 1978： 154-159. 4 Moschini R. Manufacture of Automotive Components by Semi-lig-uid Forming Process C .Proceeding of the 2nd InternationaI
5、Con-ference on the Semi-soIid Processing of AIIoys and Composites，Cambridge， 1992： 149-158. 5 Kenneth P Y. Recent Advances in Semi-soIid MetaI（ SSM） CastAIuminum and Magnesium Composites C . 4th InternationaIConf.On Semi-soIid Processing of AIIoys and Composites.EngIand，University of SheffieId， Ed.K
6、irkwood D H， Kapranos P.1996： 229-233. 6 刘 静 安 .汽 车 工 业 用 铝 材 的 开 发 和 应 用 （ 1） J . 轻 合 金 加 工 技术 ， 1997， 25（ 2） ： 1-4. 7 张 奎 ， 等 .半 固 态 AISi7Mg 合 金 二 次 加 热 工 艺 与 组 织 转 变 机 制 J .金 属 学 报 ， 1999， 35（ 2） ： 146-150. 8 Nevison D C. MetaI Handbook M .9th Edition. VoI.14.Casting，1998： 797. 9 Kenney M P， Cour
7、tois J. Semi-SoIid MetaI Casting and Forging M .ASM MetaIs Handbook， 9th Edition.1998： 327. 10 liu C， Pan Y， Aoyama S. MicrostructuraI EvoIution of Semi-soIidAI-7Si-Mg AIIoy by Short Time Supersonic Vibrations C .Proc.of the 5th Int. Conf. on Semi-soIid Processing of AIIoys & Com-posites， GoIden， Co
8、Iorado， USA， 1998： 439-447. 11 Kiuchi M， Yanagimoto J， Sugiyama S. Discussion on Microstruc-tures of Mushy AIIoy in Heating Process C . Proc. of the 5thInt.Conf.on Semi-soIid Processing of AIIoys & Composites， GoId-en， CoIorado， USA， 1998： 589-596. 12 许 珞 萍 ， 张 士 林 ， 任 颂 赞 .简 明 铝 合 金 手 册 M .上 海 ： 科
9、学 技 术文 献 出 版 社 ， 2001.27simn钢 临 界 温 度 淬 火 高 温 回 火 后 的 力 学 性 能张 太 超 ， 彭 竹 琴 （ 中 原 工 学 院 机 械 系 ， 河 南 郑 州 450007）摘 要 ： 对 27SiMn 钢 在 临 界 温 度 淬 火 后 高 温 回 火 工 艺 进 行 了 研 究 ， 并 对 其 力 学 性 能 进 行 了 分 析 。 结 果 表 明 ，27SiMn 钢 在 870C临 界 温 度 加 热 淬 火 高 温 回 火 后 ， 可 得 到 满 足 使 用 要 求 的 力 学 性 能 ， 而 且 可 降 低 能 耗 ， 提 高加 热 炉
10、的 使 用 寿 命 ， 值 得 在 实 际 生 产 中 推 广 应 用 。关 键 词 ： 27SiMn 钢 ； 临 界 区 淬 火 ； 高 温 回 火 ； 力 学 性 能中 图 分 类 号 ： TG113.25 文 献 标 识 码 ： A 文 章 编 号 ： 0254-6051（ 2003） 10-0032-03mechanical Properties of 27simn steel After Critical Temperature0uenchingand High Temperature TemperingZHANG Tai-chao， PENG Zhu-gin（ Dept.of Me
11、ch.Engi.， Zhongyuan Institute of TechnoIogy， Zhengzhou He nan 450007， China）Abstract： The process of the criticaI temperature guenching and high-temperature tempering for 27SiMn steeI wasstudied and mechanicaI properties after treatment was anaIyzed. The resuIts show that the mechanicaI properties i
12、nservice can be obtained by the guenching at criticaI temperature of 870C and tempering at high-temperature. TheIower energy consumption and Ionger service Iife of the heating furnace can be achieved by this process. Thus thisprocess is worth for advancement.Key words： 27SiMn steeI； criticaI tempera
13、ture guenching； high-temperature tempering； mechanicaI properties23 金 属 热 处 理 2003 年 第 28 卷 第 10 期27simn 钢 是 一 种 主 要 用 于 制 造 液 压 油 缸 的 合金 调 质 钢 ， 其 常 规 热 处 理 为 调 质 处 理 ： 910C 1 10C水 淬 + 560C回 火 ， 在 此 温 度 下 工 件 氧 化 脱 碳 严 重 ，畸 变 较 大 ， 加 热 元 件 烧 损 加 剧 ， 造 成 生 产 成 本 增 加 。为 此 ， 本 文 提 出 了 27simn 钢 直 接 在 临
14、 界 温 度 Ac3（ 870C） 淬 火 后 高 温 回 火 的 调 质 工 艺 ， 并 对 经 此 工 艺处 理 后 的 试 样 进 行 了 力 学 性 能 试 验 及 金 相 分 析 。 结果 表 明 ， 新 调 质 工 艺 不 仅 能 保 证 27simn 的 综 合 力 学性 能 ， 有 效 抑 制 回 火 脆 性 ， 而 且 可 使 钢 件 的 氧 化 脱 碳现 象 及 畸 变 程 度 明 显 减 轻 ， 节 约 能 源 ， 提 高 加 热 元 件使 用 寿 命 。1 试 验 方 法试 验 用 试 样 取 自!273mm X 18mm 规 格 的27simn 无 缝 管 ， 其 化
15、 学 成 分 （ 质 量 分 数 ， %） 为 ：0.29C， 1.40si， 1.10mn， 0.09Ni， 0.08CF， 0.010s，0.014p。 经 常 规 调 质 工 艺 处 理 后 硬 度 为 240HBs 280HBs（ 相 当 于 23 29.5HRC） ，!D 800mpa。 用铣 床 沿 无 缝 管 轴 向 铣 出 条 状 试 块 ， 再 经 粗 铣 、 粗 车 得到!14mm X 180mm 的 拉 伸 试 样 毛 坯 和 12mm X12mm X 60mm 的 冲 击 试 样 毛 坯 ， 取 5 组 试 样 （ 每 组 9个 拉 伸 试 样 和 9 个 冲 击 试
16、样 ， 保 证 每 个 试 验 数 据 均为 3 个 试 样 的 平 均 值 ） 分 别 在 830C、 850C、 870C、890C、 910C加 热 淬 火 ， 考 虑 到 830C淬 火 温 度 太 低 ，该 组 试 样 取 480C、 510C、 540C3 个 温 度 回 火 ， 其 余4 组 试 样 分 别 在 500C、 530C、 560C回 火 。 然 后 加工 成 标 准 拉 伸 试 样 和 夏 比 U 型 缺 口 标 准 冲 击 试 样 进行 力 学 性 能 试 验 ， 并 进 行 金 相 组 织 观 察 。2 试 验 结 果 及 分 析2.1 力 学 性 能 试 验
17、结 果 及 分 析经 不 同 调 质 工 艺 处 理 后 试 样 的 力 学 性 能 见 表 1。由 表 1 可 以 看 出 ： 试 样 经 870C淬 火 后 的 硬 度 最高 ， 830C淬 火 后 硬 度 最 低 ， 这 与 其 组 织 中 含 有 大 量块 状 未 溶 铁 素 体 有 关 ， 在 低 于 910C淬 火 后 于 不 同 温度 回 火 的 硬 度 均 高 于 常 规 调 质 要 求 。 新 调 质 工 艺 与常 规 调 质 工 艺 相 比 ， 所 有 回 火 温 度 下 的!均 接 近 或稍 高 于 后 者 的 ， 常 规 调 质 工 艺 处 理 后“和#最 高 ， 其余
18、 工 艺 调 质 处 理 后 的“和#指 标 均 稍 低 于 或 接 近 常规 调 质 工 艺 。 870C淬 火 560C回 火 的 冲 击 功 最 接 近常 规 调 质 工 艺 ， 随 淬 火 温 度 和 回 火 温 度 的 降 低 ， 冲 击功 也 不 断 降 低 。 综 合 以 上 分 析 ， 以 临 界 温 度 870C淬火 560C回 火 的 综 合 力 学 性 能 最 好 ， 经 该 工 艺 处 理 后的 力 学 性 能 完 全 满 足 使 用 要 求 。表 1 不 同 调 质 工 艺 热 处 理 后 27simn 钢 试 样 的 力 学 性 能Table 1 mechanica
19、l properties of 27simn steel samples after different heat treatments淬 火 温 度 / C 淬 火 硬 度 （ HRC） 回 火 温 度 / C 回 火 硬 度 （ HRC）!S/ mpa!D/ mpa“（ %）#（ %） “KU/ J480 31.4 942 1063 15 53 101830 42.9 510 29.5 905 961 18 56 115540 27.2 820 895 21 52 128500 31.7 894 955 20 50 121850 47.4 530 29.1 803 853 23 56 12
20、4560 28.0 835 922 19 56 136500 30.6 851 924 20 50 122870 49.4 530 29.7 860 911 23 53 128560 28.8 814 889 19 54 138500 30.6 840 914 26 52 120890 46.3 530 28.0 838 902 19 53 132560 25.9 810 890 22 56 136910（ 常 规 工 艺 ） 47.6 560 26.4 822 882 24 57 140作 者 简 介 ： 张 太 超 （ 1964.10 ） ， 男 ， 河 南 巩 义 人 ， 讲 师 ， 工
21、 学 学士 ， 主 要 从 事 金 属 材 料 及 热 处 理 方 面 的 教 学 与 科 研 工 作 ， 已 发表 论 文 10 余 篇 。 联 系 电 话 ： 0371-7698780， E-maiI： ztc 。收 稿 日 期 ： 2003-06-042.2 金 相 组 织 分 析试 样 经 830C、 870C及 910C淬 火 后 的 金 相 组 织见 图 1。 由 图 1 可 见 ， 830C淬 火 后 组 织 中 未 溶 铁 素体 量 多 且 呈 大 块 状 分 布 ； 870C淬 火 后 铁 素 体 大 部 分呈 针 状 ， 均 匀 分 布 于 马 氏 体 中 且 大 致 平
22、行 ； 910C淬火 后 组 织 为 正 常 的 低 碳 板 条 马 氏 体 组 织 。2.3 综 合 分 析以 上 分 析 表 明 与 常 规 调 质 处 理 工 艺 相 比 ，27simn 钢 在 临 界 温 度 淬 火 调 质 处 理 后 不 仅 保 持 原有 的 强 度 ， 而 且 具 有 较 高 的 韧 性 ， 其 原 因 在 于 临 界 温度 淬 火 能 有 效 地 细 化 晶 粒 。 另 外 临 界 温 度 淬 火 加 热温 度 低 ， 奥 氏 体 晶 粒 长 大 倾 向 小 ， 而 且 奥 氏 体 晶 粒 的33 金 属 热 处 理 2003 年 第 28 卷 第 10 期图
23、l 经 不 同 温 度 淬 火 后 试 样 的 金 相 组 织 X 400Fig.l microstructure of samples guenched at different temperature treatment X 400（ a） 830C （ b） 870C （ c） 9l0C长 大 主 要 表 现 为 晶 界 的 迁 移 ， 由 于 第 二 相 铁 素 体 的存 在 ， 阻 碍 其 晶 界 迁 移 ， 抑 制 了 奥 氏 体 晶 粒 的 长 大 ，同 时 因 淬 火 温 度 低 ， 不 利 于 原 子 扩 散 ， 晶 界 迁 移 缓慢 。 以 上 因 素 导 致 奥 氏 体
24、晶 粒 明 显 细 化 ， 淬 火 后 得到 细 小 的 马 氏 体 组 织 ， 起 到 细 晶 强 化 的 作 用 。 在 临界 温 度 淬 火 后 组 织 中 存 在 一 定 数 量 的 均 匀 分 布 的 未溶 铁 素 体 ， 其 强 度 低 、 塑 性 好 ， 当 工 件 受 力 时 ， 局 部 集中 的 应 力 可 因 其 塑 性 变 形 而 得 到 松 驰 ， 同 时 裂 纹 也会 在 铁 素 体 处 受 到 阻 碍 而 延 缓 发 展 ， 故 能 提 高 其 冲击 韧 度 。 铁 素 体 的 这 种 作 用 与 其 数 量 、 形 态 、 大 小 和分 布 状 态 有 关 ， 文
25、 献 l 表 明 未 溶 铁 素 体 呈 弥 散 细 小分 布 ， 数 量 在 5% 8%时 试 样 的 韧 性 最 好 ， 而 在 临 界温 度 淬 火 即 可 满 足 铁 素 体 的 这 种 分 布 状 态 。临 界 温 度 淬 火 得 到 的 组 织 为 铁 素 体 和 马 氏 体 双相 组 织 。 这 是 由 于 在 淬 火 温 度 较 高 时 ， 大 部 分 铁 素体 呈 针 状 均 匀 分 布 于 马 氏 体 中 且 大 致 平 行 ， 这 种 组织 对 强 韧 化 有 利 2。 随 淬 火 温 度 降 低 会 出 现 片 状 或块 状 铁 素 体 ， 且 铁 素 体 和 马 氏
26、体 不 再 相 间 分 布 ， 而 且此 时 马 氏 体 含 碳 量 较 高 ， 马 氏 体 的 脆 性 和 界 面 脆 性增 加 ， 使 裂 纹 容 易 产 生 和 扩 展 ， 这 种 组 织 分 布 在 受 力时 容 易 产 生 应 力 集 中 ， 导 致 强 度 和 韧 性 下 降 。临 界 温 度 淬 火 后 较 高 温 度 回 火 提 高 冲 击 功 的 效果 最 佳 ， 而 低 温 回 火 时 不 能 充 分 发 挥 临 界 区 淬 火 复相 组 织 的 强 韧 化 效 果 。 这 是 由 于 回 火 温 度 降 低 时 ，马 氏 体 与 铁 素 体 的 强 度 相 差 较 大 ，
27、 微 裂 纹 多 起 源 于铁 素 体 ， 易 出 现 脆 性 断 裂 。 而 回 火 温 度 较 高 时 ， 复 相组 织 中 各 相 的 强 度 相 差 不 大 ， 微 裂 纹 主 要 起 源 于 马氏 体 和 铁 素 体 的 相 界 面 上 ， 断 裂 主 要 呈 韧 性 断 裂 。因 此 ， 临 界 温 度 淬 火 后 进 行 高 温 回 火 强 韧 化 效 果 会更 好 。在 试 验 中 还 发 现 ， 27simn 钢 临 界 温 度 淬 火 后 硬度 没 有 降 低 甚 至 比 常 规 淬 火 高 2HRC 3HRC， 这 一方 面 是 由 于 铁 素 体 因 相 变 硬 化 而
28、 增 加 其 硬 度 ； 另 一方 面 ， 铁 素 体 的 存 在 使 马 氏 体 的 含 碳 量 高 于 钢 的 平均 含 碳 量 ， 而 使 其 硬 度 高 于 常 规 淬 火 3。经 过 几 年 的 生 产 实 践 应 用 表 明 ， 采 用 临 界 温 度淬 火 工 艺 即 淬 火 温 度 由 9l0C降 为 870C， 在 保 证 液压 油 缸 力 学 性 能 的 同 时 ， 不 仅 解 决 了 9l0C淬 火 时 引起 的 氧 化 、 脱 碳 及 畸 变 问 题 ， 而 且 明 显 降 低 了 能 源 消耗 ， 同 时 可 提 高 设 备 发 热 及 耐 热 元 件 的 使 用 寿
29、 命 ， 降低 生 产 成 本 ， 明 显 提 高 了 经 济 效 益 。3 结 论（ l） 27simn 钢 在 临 界 区 调 质 处 理 后 ， 其 综 合 力学 性 能 接 近 或 不 低 于 常 规 调 质 处 理 。（ 2） 27simn 钢 临 界 区 淬 火 加 热 温 度 取 870C 1l0C， 回 火 温 度 取 560C 1 l0C， 可 满 足 液 压 油 缸 使用 性 能 要 求 。（ 3） 27simn 钢 经 临 界 温 度 调 质 后 用 于 液 压 油缸 生 产 ， 解 决 了 淬 火 加 热 引 起 的 氧 化 、 脱 碳 及 畸 变 问题 ， 降 低 了
30、 能 耗 ， 提 高 了 设 备 使 用 寿 命 ， 经 济 效 益 明显 提 高 ， 是 一 种 具 有 广 阔 应 用 前 景 的 热 处 理 工 艺 。参 考 文 献 ： l 康 恩 .27simn 钢 的 亚 温 淬 火 探 讨 J . 实 用 机 械 技 术 ， l988，（ 2） ： 8-l0. 2 吴 玉 萍 ， 等 .低 合 金 钢 亚 温 淬 火 强 韧 化 研 究 J . 理 化 检 验 -物 理分 册 ， l997， 33（ 2） ： ll-2. 3 王 传 雅 ， 等 .低 碳 钢 亚 温 淬 火 J . 金 属 热 处 理 ， l983， l8（ 6） ： 9-l2.43 金 属 热 处 理 2003 年 第 28 卷 第 l0 期
