材料:16Mn
工藝情況:熱軋回火狀態(tài)
浸蝕方法:4%硝酸酒精溶液浸蝕
組織說(shuō)明:
均勻細(xì)小的白色鐵素體晶粒和黑色珠光體。
錳屬我國(guó)富產(chǎn)資源之一，價(jià)格比較低廉，而且錳在鋼中有其優(yōu)越的性能，在我國(guó)的合金鋼牌號(hào)系列中，錳鋼得到廣泛的應(yīng)用。
16Mn鋼具有足夠的剛度、強(qiáng)度和韌度，并且經(jīng)濟(jì)實(shí)用。該鋼多以軋成鋼板和型材供應(yīng)市場(chǎng)。
由于采用合適的回火工藝，使鋼材具有分布均勻和較細(xì)的晶粒，能充分發(fā)揮鋼材的潛力，也有利于沖壓成型。
白色基體為鐵素體及塊狀分布的片狀珠光體，略呈帶狀分布趨勢(shì)。16Mn鋼含錳量1.20%~1.60%，它主要固溶于鐵素體基體中，從而在鋼材中起固溶強(qiáng)化的作用，有利于鋼材得到很好的力學(xué)性能。16Mn鋼主要應(yīng)用于橋梁、建筑、汽車(chē)、壓力容器和船舶等領(lǐng)域。鍛件正火狀態(tài)的顯微組織為白色鐵素體和黑色細(xì)片狀的珠光體，較均勻分布。16Mn鋼是一種低碳結(jié)構(gòu)用鋼，它含合金元素較少，但強(qiáng)度(尤其是屈服強(qiáng)度)卻比同等含碳量的普通碳鋼要高得多，同時(shí)，具有良好的可焊性和耐蝕性，廣泛作為石油化工、汽車(chē)、橋梁和建筑上的結(jié)構(gòu)材料。用 16Mn鋼制造某些壓力容器，可以減薄鋼板壁厚并簡(jiǎn)化制造工藝。16Mn鋼一般在熱軋退火狀態(tài)或正火狀態(tài)下使用。焊后可以不再進(jìn)行熱處理。索氏體和羽毛狀的上貝氏體以及少量沿晶界分布的鐵素體。錳具有降低 Ar1和提高鋼淬透性的作用，使組織均勻，從而提高鋼的力學(xué)性能。但錳也具有增加鋼的過(guò)熱敏感性和回火脆性傾向的作用，所以要嚴(yán)加控制淬火加熱溫度，同時(shí)避免在回火脆性區(qū)慢冷。16Mn鋼也可作為-40℃的低溫用鋼使用。作為低溫用鋼使用時(shí)，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理比之正火、回火處理具有更好的低溫性能。工藝情況:780℃保溫 6h，爐冷至 700℃保溫 6h，爐冷至550℃以下出爐在鐵素體基體上均勻分布著碳化物顆粒。碳化物大部分為球狀，小部分為點(diǎn)狀和短線段狀，屬正常球化退火組織，其硬度不大于80HRB。嚴(yán)重的氧化及脫碳現(xiàn)象，破壞了表面金屬的連續(xù)性，會(huì)使冷擠壓成型工藝失敗。造成表面氧化的原因?yàn)?，球化退火時(shí)爐內(nèi)保護(hù)氣氛不當(dāng);或雨天裝料退火，裝料桶內(nèi)存在大量水分，或原材料表面氧化脫碳等因素引起的。20GrMo鋼球化退火的目的與各種碳素工具鋼、合金工具鋼及滾動(dòng)軸承鋼球化退火的目的不同:既不是為了改善切削性能，也不是為最終的淬火作組織準(zhǔn)備，而是為了順利進(jìn)行冷變形成型。20CrMo鋼由于同時(shí)含鉻、鉬合金元素，在冷成型過(guò)程中材料容易產(chǎn)生冷作硬化現(xiàn)象，變形阻力大。因此比之低碳碳素鋼、20Cr鋼、40Cr鋼等冷成型難度大得多，對(duì)球化退火組織的要求也高。當(dāng)顯微組織為高塑性的鐵素體上均勻地分布著球狀碳化物時(shí)，碳化物對(duì)基體的應(yīng)力集中效應(yīng)較弱，變形阻力減少，此時(shí)具有最佳的冷擠、冷沖壓成型效果。20CrMo鋼球化退火時(shí)碳的擴(kuò)散距離大，球化較困難，采用等溫轉(zhuǎn)球化退火較之其他球化退火工藝，具有效果好、生產(chǎn)周期短的優(yōu)點(diǎn)。等溫球化的加熱溫度一般在Ac1以上(25~35℃)，保溫一定時(shí)間(根據(jù)零件大小和裝爐量而定)后，爐冷至 Ac1以下(20~30℃)，保溫一定時(shí)間，爐冷至550℃以下出爐。20CrMo鋼的Ac1為743℃，所以加熱溫度為 770~780℃，等溫溫度為700~710℃為宜。工藝情況:800℃保溫 6h，爐冷至 700℃保溫6h，爐冷至 550℃以下出爐白色鐵素體上分布著碳化物，碳化物大部分為球狀，小部分為粗片狀和點(diǎn)狀。粗片狀珠光體少于10%，屬球化不足（不良）組織。在等溫球化退火時(shí)，等溫溫度正常，但加熱溫度偏高接近Ac3(818℃)。隨著加熱溫度的提高，奧氏體的轉(zhuǎn)變量增加，加熱時(shí)未溶解的碳化物晶核減少，在以后的等溫和十分緩慢的冷卻過(guò)程中，容易生成粗顆粒和粗片狀的碳化物，這種組織分布使其冷變形能力變差。工藝情況:780℃保溫 6h，爐冷至640℃保溫6h，爐冷至 550℃以下出爐點(diǎn)狀珠光體和少量的球狀及細(xì)片狀珠光體為球化不良組織。等溫轉(zhuǎn)變法球化退火時(shí)，加熱溫度正常，但等溫溫度偏低，等溫轉(zhuǎn)變時(shí)，過(guò)冷度增加。由于奧氏體分解時(shí)，析出碳化物的成核率隨過(guò)冷度的增加而增多，這時(shí)碳原子除了擴(kuò)散到加熱時(shí)未溶解的碳化物處長(zhǎng)大外，大多數(shù)是在新生成的碳化物核心上長(zhǎng)大。這樣球化退火后，除了少量的球化碳化物外，大多數(shù)為點(diǎn)狀碳化物，這種組織狀態(tài)其變形阻力和形變硬化指數(shù)增加，在冷拉伸成型時(shí)，未能沖成桶形，而在沖成碗形時(shí)就脫底報(bào)廢
工藝情況:840℃保溫 6h，爐冷至700℃保溫6h，爐冷至 550℃以下出爐空冷浸蝕方法:4%硝酸酒精溶液浸蝕同時(shí)表面有嚴(yán)重的氧化和脫碳等現(xiàn)象，很容易造成冷擠壓成型失效。等溫轉(zhuǎn)變球化退火時(shí)，加熱溫度過(guò)高，超過(guò)Ac3溫度加熱時(shí)，組織已完全奧氏體化，碳化物已完全溶解在奧氏體中，造成冷卻時(shí)沒(méi)有非自發(fā)成核的碳化物核心可供碳原子擴(kuò)散長(zhǎng)大，而是直接由奧氏體在緩慢的分解過(guò)程中，生成粗片狀的珠光體和鐵素體，這種組織硬度較高，冷變形阻力大，常會(huì)造成冷成型失敗。板條狀馬氏體的彎曲變形。板條狀馬氏體具有高強(qiáng)度和良好韌度，其力學(xué)性能如下:由于其強(qiáng)度高，可以制成承載能力大的零件，同時(shí)由于其高韌度，具有很好的抗沖擊能力。圖為試樣使用時(shí)受到大能量沖擊，表面產(chǎn)生彎曲吸收沖擊能量，而不開(kāi)裂。而高碳針狀馬氏體受到大能量沖擊時(shí)，一般不會(huì)發(fā)生變形而發(fā)生開(kāi)裂現(xiàn)象。這是低碳板條狀馬氏體具有良好強(qiáng)韌度和斷裂韌度的例證。
滾子尺寸為中Φ28~21×31mm，快速油淬能完全淬硬。板條狀馬氏體具有高強(qiáng)度和良好的韌性。以板條狀馬氏體組織狀態(tài)的滾子具有優(yōu)良的使用性能。基體為板條狀馬氏體，沿晶界析出白色鐵素體、黑色托氏體以及羽毛狀貝氏體。硬度40~42HRC。滾子尺寸為Φ46~33×48mm，隨著零件的增大，淬火時(shí)由于淬透性不足而出現(xiàn)的非馬氏體組織量也增加。原材料表面存在皮下氣泡，軋制時(shí)向表面裂開(kāi)，并在高溫軋制過(guò)程中表面產(chǎn)生氧化和脫碳。因此缺陷開(kāi)口小，而尾部粗大圓鈍，并基本上垂直于表面。20CrMo鋼板為熱軋鋼板，退火后表面酸洗，再冷軋。由于退火后表面氧化層沒(méi)有酸洗干凈，或沒(méi)有清除原有表面缺陷，造成冷軋時(shí)把表面的氧化物軋入鋼板中，從而形成折疊缺陷，在折疊處兩側(cè)可以看到表面金屬變形流線的中斷。粒狀珠光體，其中細(xì)粒狀碳化物分布不均勻，帶有原始組織帶狀偏析的痕跡。20CrMnMo鋼常用來(lái)制造拖拉機(jī)主齒輪、活塞銷(xiāo)等機(jī)械零件。它的最終熱處理工藝應(yīng)為 910℃滲碳、850℃油淬、200℃回火。白色鐵素體和黑色珠光體，珠光體呈帶狀分布。帶狀組織級(jí)別應(yīng)100倍下按照 GB/T 13299《鋼的顯微組織評(píng)定方法》評(píng)定。20CrMnMo鋼是高強(qiáng)度的滲碳鋼，其淬透性和力學(xué)性能優(yōu)于 20CrMnTi鋼，經(jīng)850℃淬油，180℃回火處理，淬成板條狀馬氏體，其力學(xué)性能可達(dá)到σb≥1175MPa; σ0.2≥885MPa; δ≥15%; ψ≥45%; Ak≥55J。20CrMnMo鋼滲碳淬火后具有較高的耐磨性和抗彎強(qiáng)度，但磨削時(shí)容易產(chǎn)生裂紋，焊接性能較差。
低碳馬氏體、貝氏體及少量白色顆粒狀鐵素體，深色晶界勾劃出晶粒，晶粒度可評(píng)為10~9 級(jí)。20CrMnMo是一種高級(jí)滲碳鋼。鍛造后正火處理是為了細(xì)化晶粒，以保證以后的滲碳質(zhì)量以及心部有良好的綜合力學(xué)性能。為檢測(cè)正火后的晶粒度，按照 GB/T6394《金屬平均晶粒度測(cè)定法》中“直接淬火硬化鋼法”及上述試劑顯示晶粒，并用對(duì)比法評(píng)定晶粒度。粒狀貝氏體、白色斷續(xù)網(wǎng)狀分布的鐵素體以及黑色塊狀的珠光體。基體硬度:248HBS。正火后的正常組織應(yīng)為均勻的珠光體和鐵素體。本試樣的組織表明正火中加熱、保溫、冷卻均控制不當(dāng)。20CrMnTi是一種滲碳用鋼，滲碳前一般應(yīng)進(jìn)行正火處理，以細(xì)化晶粒、改善組織分布，為滲碳作好組織準(zhǔn)備。20CrNi2Mo鋼較之20CrMnMo鋼，具有更高的淬透性，更高的強(qiáng)度和良好的韌度。常用來(lái)做截面較大，負(fù)荷高，而又需要良好韌度的大型滲碳件，如大型齒輪、輪軸、花鍵軸、活塞銷(xiāo)、軸承套圈等?？芍苯哟慊?、低溫回火使用，也可作調(diào)質(zhì)鋼使用。鐵素體和珠光體，局部晶界布有三次滲碳體，珠光體呈細(xì)片狀及粒狀分布。20CrNi2Mo鋼有白點(diǎn)敏感性，大型鍛件鍛后應(yīng)退火或去氫退火處理，以防白點(diǎn)的產(chǎn)生。為了消除鍛件的粗晶，有時(shí)在最終熱處理前可進(jìn)行正火(+回火)處理，以消除鍛造的粗大晶粒和使組織均勻化。
工藝情況:880℃淬油后再 800℃淬油，180℃回火20CrNi2Mo鋼經(jīng)二次淬火和低溫回火具有高強(qiáng)度和良好韌度的綜合力學(xué)性能，Φ25mm 試棒經(jīng)上述工藝熱處理后，其力學(xué)性能可達(dá)到：σb≥980MPa; δ≥13%; ψ≥45%; Ak>36J。20Cr2Ni4鋼的強(qiáng)度、韌度以及淬透性均高于20CrNi2Mo和12Cr2Ni4鋼，并有良好的低溫韌度，常用于制造要求高的大型滲碳件，如大型齒軸、軸和大型軸承等，也可作強(qiáng)度和韌度要求比較高的調(diào)質(zhì)件。20Cr2Ni4 鋼白點(diǎn)敏感性比較大。并有回火脆性傾向，所以作為調(diào)質(zhì)處理時(shí)，回火后應(yīng)快冷，以避免回火脆性的產(chǎn)生。20Cr2Ni4 鋼鉻、鎳合金元素含量比較高。鉻、鎳合金元素具有強(qiáng)烈提高鋼的淬透性，使奧氏體恒溫轉(zhuǎn)變曲線和連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線向右移，以及降低奧氏體臨界分解速度的作用。這樣正火空冷時(shí)容易得到島狀貝氏體、鐵素體，以及少量空淬馬氏體的混合組織，組織應(yīng)力很大。因此，20Cr2Ni4 鋼滲碳后，淬火前應(yīng)作高溫回火處理，一方面具有消除應(yīng)力減少裂紋的產(chǎn)生，另一方面可以減少滲層的殘余奧氏體量，起到穩(wěn)定尺寸的作用。工藝情況:870℃淬油后再 90℃淬油，180℃回火20Cr2Ni4鋼在經(jīng)二次淬火和低溫回火后，獲得板條馬氏體，具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，Φ5mm 試樣，力學(xué)性能可達(dá):σb≥1175MPa; σ0.2≥1080MPa; δ≥10%; ψ≥45%; Ak≥63J。
