1Cr13材料实际值与标准值对比及分析

我公司某零件选材为1Cr13,锻件尺寸13 ×18×95,要求锻后调质,化学成分、力学性能应符合CB1221 - 94标准,但在实际生产过程中按GB1221-92标准规定的热处理规范进行热处理,其延伸率8,经常达不到标准规定的机械性能要求,因此需从材料上分析,并进行热处理工艺试验。

1Cr13材料实际值与标准值对比及分析

试验中采用本30×33,$30×59圆钢分别锻出锻件和20× 130的随炉试样,根据1Cr13 GB1221-94标准的热处理规范,分别按980℃ ± 10℃油冷＋680℃ ±10℃油冷、980℃ ± 10℃油冷+720℃ ±10℃水冷及960℃±10℃油冷＋750℃ ± 10℃油冷进行调质处理,并对该质证号的材料进行了化学成分测量(见表1),根据调质后机械性能数据显示(见表2),延伸率强度指标不合格,但强度指标较标准值高许多,有较大的下降空间。

另外对1Cr13相关的标准也差异较大(见表3),这也给实际生产过程中的工艺制定带来困难,咨询相关单位对该材料的热处理情况,都出现同样按标准规定的热处理规范进行热处理而达不到标准性能的情况,延伸率8,一般在20 ~25%之间,查阅有关资料发现,1Cr13标准性能数据在84年后的标准和84年前的有所差异,但同国外标准相当。

上述表3中标准性能数据显示,新标准屈服强度和抗拉强度下降幅度分别为19%和10%,延伸率提高幅度为25% ,而断面收缩率要求反而有所下降,性能匹配情况并不理想,标准中的热处理规范给出的淬回火温度区间较大,不易进行匹配选择。

1Cr13相变温度分析

查阅相关资料表明,1Cr13的相变温度(见表4),1Cr13奥氏体等温曲线显示其Ac1 温度为820℃。即使由于化学成分波动,奥氏体化温度差异,导致奥氏体等温曲线有所变化,A1、Ms点有差异,但A1点应仍在800℃以上(见图1),根据金属相变热力学理论,A1、Ac1,Ar 关系应为:Ac1>A1 > Ar。含Cr13%的Fe - Cr -C三元相图中(见图2),很明显1Cr13的Ac1不应为~730℃,这一点很关键,应为淬火后的回火温度低于Ac1 ,即保证在回火过程中只发生组织的转变而不发生相的转变。

1Cr13组织差异

为了寻求1Cr13组织转变的规律,通过将不同热处理温度的拉伸试棒进行金相分析对比,从中选出典型金相,其中950℃油淬＋790℃油冷回火放大200倍的金相图(见图3) ,组织为保持板条马氏体位向的回火索氏体。鉴于公司测试手段的限制,无法照出高倍的金相组织,只能进行现场观察,我们在显微放大500倍现场进行观察对比,790℃回火组织碳化物析出量比750℃回火时多,碳化物开始粒状,但不明显,将试样进行830℃保温冷却后,同样在500倍现场与790℃回火组织对比,830℃回火组织,碳化物聚集明显有沿晶界析出，且方向性有所消失,铁素体量比790℃回火时有所增加,但未发现明显相变组织,可能有一小部分已发生相变。在850℃油冷后观察,因测试手段限制无法进一步确定组织。

从图3中可以看出含C量以及奥氏体对Ac1 的影响,而通过图2可以看出,C.Cr含量以及奥氏体化温度对奥氏体等温曲线的影响,即对转变问题、生成组织有所影响。特别是碳化物生成，Cr部分溶于渗碳体中能增加其稳定性,对AⅠ的影响比较显著(见图4)。

由此可以看出诸多资料为什么给出较宽的淬火、回火温度区间了,但是作为标准,将其验收的热处理制度,不管老标准还是新标准,都将其淬火、回火温度订的如此之宽,且延伸率标准订得这么高,这将使材料验收及指导实际生产变得无所适从。因为对于每批材料,其化学成分都可以在一定区间内波动,因而会对其临界转变温度带来不确定性,而要在上述标准规定的热处理规范区间内去确定准确的淬火温度、回火温度以满足规定的性能,难度可想而知。工艺试验情况说明,如果仅局限在规定的热处理制度下进行验收,其结果是较难达到标准所要求的性能,只能突破标准规范作新的尝试。

热处理工艺参数确定

通过对1Cr13材料的分析发现，随着淬火温度下调，回火温度在750℃以下时,随回火温度升高,屈服强度、抗拉强度有所下降而延伸率6,变化不大，即使在规定温度上限750℃回火，仍然不能达到标准所要求25%的延伸率,根据A1 温度在~820℃,回火温度只要不突破此温度，就不会发生相变,而只能是组织形态的变化,而这种形态的变化就可能改善其塑性性能。因此我们将回火温度抬高到790℃,力学性能结果是令人满意的(见表5),其金相观察也验证了这一点。