《装备制造技术）２０１４年第７期 Ｓｉ含量对２２ＳｉＭｎＣｒＮｉ２Ｍｏ钢组织和性能的影响 王青，刘群，欧梅桂 ．（贵州大学材料科学与冶金工程学院，贵州 贵阳５５００２５） 摘要：利用光学显微镜、扫描电镜、硬度计等研究了Ｓｉ含量对潜孔钻头用钢２２ＳｉＭｎＣｒＮｉ２Ｍｏ组织和性能的影响。实验 结果表明：实验钢的强度、硬度在ｓｉ含量为１．２０％到１．４Ｏ％的范围内随ｓｉ含量的上升而增强，冲击韧性随ｓｉ含量的升高 而下降，三种不同硅含量下的组织均为回火马氏体＋少量的残余奥氏体，马氏体束尺寸随硅含量增加而减小。 关键词：Ｓｉ含量；２２ＳｉＭｎＣｒＮｉ２Ｍｏ钢：性能 中图分类号：ＴＧ１４２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７２—５４５Ｘ（２０１４）０７－０２２７—０２ 硅在合金结构钢中的有益作用已引起人们的高 ＧＢ／ｒ２２９—２００７｛金属材料夏比摆锤冲击试验方法》加 度重视【卜 ，已有３００Ｍ钢∞，低碳Ｓｉ—Ｍｎ—Ｍｏ系贝氏 工成１０ ｍｍ ｘ １０ ｍｍ ｘ ５５ ｍｍ的夏比ｕ型冲击试样 体钢［４】等典型例子，硅在工程结构用钢的各种产品 若干，ｕ型缺口的尺寸半径为２ｍｍ。将加工好的拉伸 的合金元素择取的配合上起到不可忽视的作用。一 试样在Ｉｎｓｔｒｏｎ试验机上进行拉伸，每种材料测试三 般认为，Ｓｉ可增加过冷奥氏体的稳定性、延长先共析 根，取平均值。 铁素体（Ｆ）析出和珠光体（Ｐ）转变和贝氏体（Ｂ）转变 然后，用ＪＢＮ一３００冲击试验机测试冲击韧度Ａｋ 的孕育期Ｉ６７］，即使Ｃ曲线右移。潜孔钻头用钢 （Ｊ／ｅｍｚ），每种材料测试四个试样，取平均值。从三种材 ２２ＳｉＭｎＣｒＮｉ２Ｍｏ是低碳合金钢，其中添加了多种合金 料的冲击试样中各抽取一个，表面打磨光洁后，用 元素。 ＨＲ１５０Ａ洛氏硬度计测试试样硬度，每种材料取５个 本文通过对三种不同Ｓｉ含量２２ＳｉＭｎＣｒＮｉ２Ｍ０钢 点测试，取平均值。 进行同一种热处理，分析对比其金相组织与力学性 最后，在拉断后的拉伸试样端部用线切割机切 能，探索ｓｉ含量对潜孔钻头用钢２２ｓｉＭｎｃｒＮｉ２Ｍ０组 取金相试样，经０—６号砂纸上磨好后，抛光，再用４％ 织及性能的影响规律。 硝酸酒精溶液侵蚀，在Ｏｌｙｍｐｕｓ金相显微镜下观察 金相组织。用ＫＹＫＹ一２８００Ｂ扫描电镜观察拉伸断口 １ 实验材料与方法 及冲击断口形貌，Ｘ一３５０型ｘ射线衍射仪测定试样 残余奥氏体含量，各种材料测试５个点，取平均值。 实验材料为２２ＳｉＭｎＣｒＮｉ２Ｍ０钢，主要含有Ｃ、Ｓｉ、 Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ六种合金元素，其中硅含量（质量分 ２实验结果与分析 数，％）分别为１．２Ｏ、１．３０、１．４０；则，ｗ（Ｃ）＝０．２５ ０．２８； Ｗ（Ｍｎ）＝１．３４—１．３６；～１．８４；Ｗ（Ｃｒ）＝０．３２～０．３Ｗ（Ｎｉ） ２．１ Ｓｊ含量对组织的影响 ＝１．８２４；ｗ（Ｍｏ）＝０．３８～０．４０；微量杂质元素Ｐ、Ｓ分别 ２２ＳｉＭｎＣｒＮｉ２Ｍｏ钢为低碳合金钢，在低温回火后 控制在０．０１和０．０１７以下。试样的热处理制度为： 得到的组织均为回火马氏体。由于马氏体饱和度（碳 ８６０ ｏＣ淬火，保温３５分钟后进行油冷；然后在２００℃ 含量）的不同而呈黑白分散状，ｓｉ含量越多，马氏体 回火，保温４小时后空冷。 的板条化程度降低，弥散相增多，组织中树枝晶与胞 首先，将热处理后的试样按照ＧＢ／Ｔ２２８—２００２（金 状晶之比（所占区域面积）越小，组织有序化程度越 属材料室温拉伸试验方法》加工成直径为６ ｍｍ，原 低。ｓｉ在低温回火时会抑制碳原子的扩散，增加过冷 始标距为６０ ｍｍ的标准拉伸试样若干；按照 奥氏体（Ａ）的稳定性、延长先共析铁素体（Ｆ）析出和珠 收稿日期：２０１４—０４—１９ 基金项目：贵阳市科技局基金项目（编号：筑科合同（２０１２１０１）２－５号，筑科合同（２０１２２０７）０３号）；贵州大学“ＳＲＴ计划”项目（编 号：贵大ＳＲＴ字（２０１２）１１４号）。 作者简介：王青（１９９１一），男，贵州人，本科，研究方向：金属结构材料和功能材料的研究。 ２２７ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｎｏ．７，２０１４ 光体（Ｐ）转变和贝氏体（Ｂ）转变的孕育期，即使得Ｃ 凡能阻碍碳化物析出和Ｏ／相形成的因素均能提高Ａ 曲线右移，提高了钢的淬透性。ｓｉ含量越多，过冷奥 的热稳定性，Ｓｉ能强烈阻止渗碳体的析出，而残余奥 氏体越稳定，初始晶粒越细小，淬火后得到的板条马 氏体是一个软韧相，随着其含量增多，基体塑性增 氏体束尺寸也越细小。 大，实验结果表明， 量随Ｓｉ含量的增多而减少，因 ２．２ Ｓｉ含量对力学性能的影响 此随Ｓｉ含量增多，基体塑性降低。 对三种不同 含量下各项力学性能的测试结果 表１ 试样的性能测试结果 进行分析。从表ｌ可以看到，随着ｓｉ含量的减少，强 度和硬度随之减小，塑性增大。原因有两个方面： 是，合金元素ｓｉ固溶在基体中与铁原子形成 一抗拉强 屈服强 断后伸 断面收 冲击吸收 洛氏硬 残余奥 度（ＭＰａ） 度（ＭＰａ） 长率％ 缩率％ 功（Ｊ／ｅｒａ２） 度（ＨＲＣ） 氏体％ ｌ＃ ｉ ７４３ ２＃ １ ７２５ ３＃ ｌ ６５２ ｌ ５３４ １ ４５０ ｌ ３７４ ６．４９ ７．５０ ８．１１ ５４．０ ５４．３ ６１．２ ６７．５ ７６．１ ８４．５ ４９．１ ４７．３ ４７．０ ４．１３ ４．４５ ４．４７ 置换固溶体，引起晶格畸变，形成一个弹性应力场， 并与大量位错发生作用，使得位错的运动受阻，导致 ３结束语 位错大量缠结，在特定滑移系上的位错数量减少，相 反单位体积的位错长度即位错密度增大。因此，导致 本实验钢２２ＳｉＭｎＣｒＮｉ２Ｍｏ中ｓｉ含量范围在 基体强度上升，塑性下降，硅含量越多，引起的晶格畸 １．２％ １．４％时，强度和硬度随 含量的增加而上 变越大，畸变范围也越大，因此强度越大。 升，冲击韧性随Ｓｉ含量的增加呈降低趋势。三种不同 二是，ｓｉ能有效提高淬透性，使试样获得更多马 硅含量下得到的组织均为回火马氏体＋少量残余奥 氏体，也能提高基体强度。』４ 的含量与慨点的高低 氏体，马氏体束的尺寸随硅含量的增加而减小。当Ｓｉ 以及 的稳定性有关，前者由于： 含量为１．３％时的综合性能优于其他两种Ｓｉ含量下 （１）Ｓｉ对Ａ强烈的固溶强化作用使过冷Ａ的切 变强度增大，当温度较高时， 点相对升高； 的综合性能。 （２）ｓｉ在高温下促进碳原子的扩散，碳原子间位 参考文献： 错附近偏聚形成柯氏气团。当温度降低后， 又抑制 …１张明星，王军，康沫狂．硅在低碳合金钢中作用的研究 （Ｉ）一硅对过冷奥氏体转变动力学的影响［Ｊ］．金属热处理， 碳的扩散，使柯氏气团稳定存在，从而提高了中、低 １９９２，１７（８）：３－７． 温区过冷Ａ的切变强度，当回火温度控制略高时， 点相对升高。 在回火过程中分解析出碳化物和Ｏｔ相，因此， ［２］章守华．合金钢［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，１９８１． 【３］王笑天．金属材料学【Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９８７． Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｓｉ Ｃｏｎｔｅｎｔ Ｏｆｆ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ２２ＳｉＭｎＣｒＮｉ２Ｍｏ Ｓｔｅｅｌ ＷＡＮＧ Ｑｉｎｇ，ＬＩＵ Ｑｕｎ，ＯＵ Ｍｅｉ－ｇｕｉ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｇｕｉｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕｉｙａｎｇ ５５００２５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ Ｓｉ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｎ ＤＴＨ ｂｉｔ ａｆｆｅｃｔ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ２２ＳｉＭｎＣｒＮｉ２Ｍｏ ｂｙ ＵＳ— ｉｎｇ ｏｐｔｉｃａｌ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，ｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ：ｓｔｒｅｎｇｔｈ， ｈａｒｄｎｅｓｓ ｏｆ ｈｅ ｓｔｔｅｅｌ ｉｎ ｔｈｅ Ｓｉ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ １．２０％ｔｏ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｗｉｈ ｔｔｈｅ Ｓｉ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ ｌ－４０％ａｎｄ ｉｎｃｒｅａｓｅ． ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ｗｉｈ Ｓｉｔ ｒａｔｉｏ，ｔｈｒｅｅ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｓｉｌｉｃｏｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ ａｎｄ ａ ｓｍａｌｌ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｒｅｔａｉｎｅｄ ａｕｓｔｅｎｉｔｅ．ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ ｂｅａｍ ｓｉｚｅ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｓｉｌｉｃｏｎ ｃｏｎｔｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｓｉ ｃｏｎｔｅｎｔ；２２ＳｉＭｎＣｒＮｉ２Ｍｏ ｓｔｅｅｌ；ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ２２８