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1、 热处理对ZG28MnCrMo组织与性能的影响摘要随着货车载重量的持续增加和运行速度的不断提高，列车各部件承受的载荷越来越大。车钩是连接车辆的关键部件，随着运行条件日益恶劣，车钩的耗损量和使用费用也在不断攀升。重载、提速是我国货运列车发展的趋势，因此，研制具有较高综合性能的车钩材料具有重要的意义。而提高材料的综合性能最有效最常用的途径是热处理，因而探究不同热处理工艺对车钩材料性能的影响也就很有必要。本研究在ZG28MnCrMo的基础上，分别通过调整回火温度和淬火温度，并进行金相显微组织分析、室温拉伸试验、硬度测定试验和低温冲击试验，探究了回火温度和淬火温度对ZG28MnCrMo组织和性能的影响
2、。研究结果表明：在880淬火的条件下，分别在500、550、600和650回火时，随着回火温度的提高，回火索氏体越来越粗大，数量减少。同时，ZG28MnCrMo的抗拉强度、屈服强度和硬度下降，而冲击功、断面收缩率和伸长率随回火温度的升高而升高，优化出的回火温度为550。在850、880、910和940淬火，550回火时，随着淬火温度的增加，马氏体数量越来越多，在910时达到了最大值，随后马氏体长大。调质处理后的试样的抗拉强度、屈服强度和硬度在910淬火时，呈现最大值，然而，冲击功却随着淬火温度的升高而下降，优化出的淬火温度为910。最终优化出的热处理参数为：910淬火+550回火。关键词淬火温
3、度；回火温度；力学性能；显微组织。The influence of heat treatment on the microstructure and properties of ZG28MnCrMoAbstractWith the continuous increasing of wagon load and running speed, all parts of freight cars have been received more loading weight. The coupler is the key part for linking locomotive and rolling
4、stock, but its consumption and using charge is increasing with the abominable running condition. Heavy load and increasing speed is the trend in our countrys wagon development, so it is significant to develop high comprehensive properties material for coupler. Heat treatment is the most commonly use
5、d and the most effective method to improve the comprehensive mechanical properties of the coupler, so it is very necessary to research the effect of different heat treatment on coupler material.This research is based on ZG28MnCrMo, studied the influences of tempering temperature and quenching temper
6、ature on microstructure and mechanical properties of ZG28MnCrMo by adjusting tempering temperature and quenching temperature, microstructure analysis, tensile testing at ambient temperature, the hardness testing test and low-temperature impact test.The results showed that: In the quenching condition
7、s of 880, and at 500, 550, 600 and 650 tempering respectively, with the increasing of tempering temperature, tempered sorbite is increasing and the number is decreasing. At the same time, while the tensile strength, yield strength and hardness of ZG28MnCrMo are decreasing, the impact energy, the cro
8、ss section shrinkage and elongation are increasing with the increasing of tempering temperature. The best tempering temperature is 550.When quenched at 850 , 880, 910and940, tempered at 550 , with the increasing of quenching temperature, the number of martensite is more and more, and reach a maximum
9、 at 910 , then martensite grows up. The tensile strength, yield strength and hardness of quenched specimen reach a maximum when quenched at 910 . However, the impact energy decreases with increasing quenching temperature, the best quenching temperature is 910 . The final optimization of heat treatme
10、nt parameters is quenched at 910 and tempered at 500 .Keywordsquenching temperature; tempering temperature; mechanical properties; microstructure不要删除行尾的分节符，此行不会被打印- III -目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题研究的意义11.2 国内外车钩材质及性能的研究现状11.2.1 国内车钩材质及性能研究现状11.2.2 国外车钩材质及性能研究现状21.3 低合金钢31.3.1 低合金钢的发展现状41.3.2 低合金钢的
11、性能的研究现状41.3.3 E级钢在重载提速铁路货车中的应用前景61.4 热处理工艺对低合金钢组织和性能的影响71.4.1 热处理工艺设计及结果71.4.2 奥氏体化温度对硬度和冲击韧性的影响71.4.3 等温淬火时间对力学性能的影响71.5 研究内容8第2章 实验材料及方法92.1 研究的工艺路线92.2 实验材料92.3 热处理工艺92.3.1 热处理工艺及工艺参数确定92.3.2 热处理方案102.3.3 -60冲击试验102.3.4 拉伸试验112.3.5 硬度测定122.3.6 金相组织观察122.4 本章小结13第3章 优化回火温度的实验结果与分析143.1 温度对试样显微组织的影
12、响143.1.1 回火温度对试样显微组织的影响143.1.2 淬火温度对试样显微组织的影响143.2 回火温度对试样力学性能的影响163.2.1 回火温度对试样拉伸性能的影响163.2.2 回火温度对试样冲击韧性的影响183.2.3 回火温度对试样硬度的影响193.3 不同淬火温度对试样力学性能的影响203.3.1 淬火温度对试样拉伸性能的影响203.3.2 淬火温对试样冲击韧性的影响213.3.3 淬火温度对试样硬度的影响22结论24致谢25参考文献26附录A28附录B47千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abs
13、tract”这一行后加一空行- V -第1章 绪论1.1 课题研究的意义随着我国现代经济的高速发展，为提高铁路运输能力，货物列车一直在向“重载”方向发展，由于高速、重载，铁路车辆动负荷加剧，车钩裂纹及断钩等现象不断地发生，车钩的性能已不能全面满足铁路运输发展提出的更加刻的要求1。因为车钩材质更新滞后，性能与服役工况不适等问题终将表现为重大的运输安全隐患。因此，有必要对车钩的强韧性可靠性及安全性进行研究。 一般而言，要研制性能更好的车钩材质，可以从两个方面入手，一是改进车钩结构，二是改进车钩材质。车钩结构的改进是较为系统的工程，需要对与其配合的其他零件如钩尾框等做相应改进，即意味着己经生产和正在
14、生产的车钩配套件都不能再使用，将会造成极大浪费，改进车钩结构的成本较高，可行性不大2。鉴于研制一个崭新的钢种需要经历较长时间的考验才能完善，本课题基于原有钢种的基础上，针对车钩的实际工况条件和强韧化机理，通过热处理的方法研制出符合强度和韧性要求的热处理工艺参数。本课题从改进车钩组织结构的角度做有益的探索和研究，优化出综合力学性能更好的车钩材料，为提高车钩的疲劳性能提供参考。研究车钩的强韧化特性，不仅对现有车钩的生产与使用有很大的指导意义，而且对今后车钩在材料与性能上的改进与提高也可提供可靠的理论依据和技术参考。1.2 国内外车钩材质及性能的研究现状1.2.1 国内车钩材质及性能研究现状国产E级
15、钢(ZG25MnCrNiMo)是20世纪80年代末由戚墅堰机车车辆工艺研究所开发的用于万吨列车车钩的铸钢材料。E级钢属于高强度低合金铸钢，以其为材料制造的16、17型车钩被广泛应用到大秦线的铁路运输，为晋煤外运作出很大贡献。从1962年开始，美国经AAR批准的货运列车，所有车钩均采用C级钢。为满足铁路高速重载运输的需求，C级钢正逐步取代传统使用的普通碳素铸钢，成为我国铁路货车车钩的主导材料。我国对低合金高强度的铸钢材料的开发历史还不长，目前研制的C级钢主要有ZG24SiMnVTi、ZG25MnCrNiMo和ZG32MnMoNiCu等三个钢种。其中，ZG24SiMnVTi系铸钢材料采用正火+回火
16、的热处理方式，力学性能指标：抗拉强度 688.8MPa，屈服强度 472.3MPa，延伸率 24.3%，断面收缩率 54%，冲击功(常温) 71.8J/cm2，钢材料的强度和塑性达到了AAR对C级钢的要求。戚墅堰机车车辆工艺研究所开发的C级钢ZG25MnCrNiMo，钢材成分：C 0.25%，Si 0.36%，Mn 1.36%，S 0.031%，P 0.028%，Cr 0.42%，Ni 0.43%，Mo 0.21%，Cu 0.10%，采用正火+回火的热处理方式，力学性能指标：抗拉强度 640MPa，屈服强度 470MPa，断面收缩率51%，冲击功(-18) 43J，44J，49J(平均为45.
17、3J)，冲击功(-40) 27J，35J，38J(平均为33.3J)，ZG25MnCrNiMo铸钢克服了ZG24SiMnVTi铸钢的铸造性能差、可焊性不好和裂纹敏感等缺点，具有良好的机械性能和焊接性能。内蒙古第一机械制造厂研制的ZG32MnMoNiCu钢车钩材料含有Mo、Ni、Cu等合金元素，采用淬火+回火的热处理方式，属于调质C级钢，其力学性能指标：抗拉强度 623MPa，屈服强度 417MPa，延伸率 22%，断面收缩率 45%，冲击功(-40) 27J。80年代至90年代的十多年中，为适应重载列车的开行，进行ZG24SiMnVTi、ZG25MnCrNiMo(相当于美国AAR铸钢标准中的C
18、级钢和E级钢)ZG32MnMoNiCu等材质的高强度13号车钩的研制和生产，逐步靠拢美国AAR.M-201、M-211铸钢件和车钩技术条件，使我国车钩的材质在强度上提升到一个新的等级4-8,12,13。1.2.2 国外车钩材质及性能研究现状国内外的铁路工业一直在寻求开发新材料和新工艺，以改善车辆零件的性能，保证行车安全，同时降低成本9-11。国外对车钩材质进行了很多研究14-17，俄罗斯研制了高频加热设备，经证明，在经济、生产和环境等各方面都具有多种优势18。在日本，人们为了提高车钩的使用寿命，对其实施表面淬火处理，减少了车钩的磨耗，延长了更换周期19。美国专利US5482675涉及的一种高强
19、度、细晶粒的中低碳合金钢铁，铸钢成分：C 0.15-0.21%，Si 0.35-0.65%，Mn 0.90-1.30%，S 0.025%，P 0.025%，Cr 0.25-0.60%，Mo 0.10-0.30%，余量为Fe和杂质，采用适当的淬火和回火温度，可使钢材的强度、塑性和低温韧性符合AAR-M-201标准对C级钢的的要求。欧洲专利EP1306458公开的一种耐腐蚀、耐应力腐蚀破裂并具有适当的强度和韧性平衡的透平转子钢材，其含有（重量%）C：0.01-0.10%，Si：0.01-0.50%，Mn：0.1-1.0%， Cr：9-13%，Ni：2-7%，Mo 0.3-3%，N：0.01-0.1
20、0%，此外还含B：0.0005-0.005%、Ca：0.001-0.009%、稀土元素：0.003-0.03%中的任何一种以上，其余为Fe和杂质。该合金钢的热处理采用淬火后于500-700进行两次以上的回火。选用合适的成分配比，可使该钢材料的抗拉强度、屈服点和断后伸长率达到AAR对C级钢的要求。美国车钩原采用B级钢，其屈服极限平均值为33kg/mm2。从1962年开始，经AAR批准的所有车钩采用C级钢，并施行正火和回火，或者施行淬火和回火的热处理，其屈服极限平均值大于正火和回火的为46kgf/mm2，淬火和回火的为50kgf/mm2由于C级钢的车钩在列车中运用不到一年就破坏，所以从1976年开
21、始采用E级合金铸钢，经淬火和回火处理，其屈服极限平均值为83kgf/mm220。之后的F型、EF型车钩陆续研制成功，全部采用E级钢生产，采用淬火加回火的热处理工艺，强度等级达到2950KN21。苏联车钩原采用20普通铸钢（88-55）其屈服极限为25kgf/mm2.从八十年代开始，20（经淬火和回火）20（经正火和回火）的屈服极限才达到40kgf/mm2。从此苏联标准对车钩规定的250tf的屈服强度要求才得到保证21。1.3 低合金钢合金元素总量小于5%的合金钢叫做低合金钢。低合金钢是相对于碳钢而言的，是在碳钢的基础上，为了改善钢的一种或几种性能，而有意向钢中加入一种或几种合金元素。加入的合金
22、量超过碳钢正常生产方法所具有的一般含量时，称这种钢为合金钢。当合金总量低于5%时称为低合金钢。原则上讲，合金钢分为低合金钢、中合金钢和高合金钢，顾名思义，以含有合金元素的总量来加以区分，总量低于5%称为低合金钢，510%为中合金钢，大于10%为高合金钢。在国内习惯上又将特殊质量的碳素钢和合金钢称为特殊钢，在钢的分类上，近年虽努力向国际通用标准靠拢，但还有许多不同之处。 随着特钢向“特”、“精”、“高”发展，向深加工方向延伸，特钢的领域越来越窄。美国特钢协会将特钢定位在工模具钢、不锈钢、电工钢、高温合金和镍合金。日本把结构钢和高强度钢归并在特钢范畴。随着我国普钢企业的技术改造和工艺进步，特钢企业
23、的产品领域也在缩小，1999年普钢厂已生产特钢产品总量的34%。 国外的低合金钢，实际上是我们所熟悉的低合金高强度钢，属于特殊钢范畴，在美国叫做高强度低合金钢（HSLASteel），俄罗斯及东欧各国称为低合金建筑钢，日本命名为高张力钢。而在国内，首先是把低合金钢划入了普钢范围，概念上的区别导致在产品质量上的差异。在名称上也几经变化，如低合金建筑钢、普通低合金钢、低合金结构钢，至1994年叫做低合金高强度结构钢（GB/T159194）。到目前为止，从发表的资料文献来看，低合金钢的名称仍然随着国家、企业和作者而异。 低合金钢与碳素钢、低合金钢与合金钢之间，明确划出的概念是不存在的。在国外，50年代
24、曾给低合金钢下过定义，总的意思是，凡是合金元素总量在5%以下，屈服强度在275Mpa以上，具有良好的可加工性和耐腐蚀性，以型、带、板、管等钢材形状，在热轧状态直接使用的软钢的替代品。当然，在技术发展进程中，低合金钢不论在合金含量、性能水平和交货状态，已经有了很大的变化。在我国，低合金钢是一个更加笼统的钢类，钢材品种不仅含有低合金焊接高强度钢，还包容了低合金冲压钢、低合金耐腐蚀钢、低合金耐磨损钢、低合金低温钢、甚至还纳入了低、中碳含量的低合金建筑钢和中、高碳含量的低合金铁道轨钢。具有中国特色，但带来的一个问题是缺乏与国外统计数据的可比性。1.3.1 低合金钢的发展现状低合金钢的出现可以追溯到19
25、世纪的1870年，一种碳含量0.640.9%和铬含量0.540.68%、抗拉强度685Mpa、弹性极限410Mpa钢，第一次被采用于工程结构，建造了跨度158.5m的拱形桥梁。但这种钢不理想也是十分明显的，需要轧后热处理，难以机械加工，耐蚀性又不良。随后的1个多世纪的时间，世界各国不断探索，大体上可以把低合金钢区划为三个不同特征的发展阶段，在20世纪20年代以前，2060年代及60年代以后。前两个阶段姑且合称为传统的低合金钢发展阶段，后一阶段可以称为现代低合金钢发展阶段。前一时期低合金钢的重大发展有三个标志： 由单一元素合金化向多元素合金化发展 赋予低合金钢的第一特征：低碳、可焊接 注意到钢的
26、冷脆倾向性和时效敏感性2060年代间，工业发达国家的低合金钢开发带来了经济的繁荣和现代化。据不完全统计，全世界成熟的低合金钢钢种牌号有2000余个，形成了5大合金成分系列： (1) 以德国St52钢为代表的C-Mn钢系列，日本的SM400、我国的16Mn属于这类钢。 (2) 以美国Vanity钢为代表的Mn-V-（Ti）钢系列，构成了现代微合金化的先驱。 (3) 美国的含P-Cu钢系列，代表钢种有Corten和Mariner钢，具有良好的耐大气和海水腐蚀性。 (4) Ni-Cr-Mo-V钢系列，如美国开发的淬火回火状态T-1钢板成功用于压力容器的建造。1.3.2 低合金钢的性能的研究现状1.强
27、度钢结构件的屈服点决定了结构所能承受的不发生永久变形的应力，典型碳素结构钢的最小屈服点为235MPa。而典型低合金高强度钢的最小屈服点为345MPa。因此，根据其屈服点的比例关系，低合金高强度钢的使用允许应力比碳素结构钢高1.4倍。与碳素结构钢相比，使用低合金高强度钢可以减小结构件的尺寸，使重量减轻。必须注意，对于可能出现弯曲的构件，其许用应力必须修正，以达到保证结构的坚固性。经常通过加入少量的铌或钒、或钛来提高钢的强度。这些元素通过沉淀硬化很经济地达到强化的目的。为了各种目的加入的其他合金元素也能达到强化的目的。对于热轧薄板，严格控制热轧和卷取工艺可以达到所要求的均匀的强度。对于冷轧薄板，采
28、用特殊的退火和平整工艺从而得到更高的强度，同时还可以保持良好的成形性能。 最新的发展是采用通过临界退火和快速冷却得到马氏体和铁素体二相显微组织(或双相显微组织)的低合金高强度钢。这种钢的薄板产品有极好的成形性能，屈服点一般为310345MPa，通过汽车部件压力成形产生的应变，屈服点可以提高到550MPa或更高。2.成形性能为了容易地和经济地进行热或冷加工以制成工程结构的各种部件，低台金高强度钢必需具有适当的成形性能。和碳素结构钢一样，低合金高强度钢一般可以进行这样的加工，以及如剪切、冲孔和机加工艺，虽然其屈服点高，即使成形操作变形相当剧烈也同样可以使用用于碳素结构钢成形的冷弯冲压机、拉拔机、压
29、力机和其他设备，但是一些设备具需要修改。 低合金高强度钢和碳素结构钢的冷成形性能之间有固有的区别。首先，使低合金高强度钢产生一定量的永久变形比同样尺寸的碳素结构钢需要更大的力。第二，当低合金高强度钢成形时，对回弹应给出稍大些的允许量。 根据经验，除非对低合金高强度钢进行控制夹杂物形状的处理，否则在进行冷成形时必须使用比碳素结构钢更大的弯曲半径。3.焊接性能由于钢结构在制作加工过程中经常使用焊接工艺，因此对于这类用途的低合金高强度钢来说，能够采用在薄板和钢带这样的厚度情况下广泛使用的电弧焊工艺进行焊接是非常重要的，所制作的钢结构的焊缝应具有要求的强度和韧性也同样是非常重要的。这样才能经受住预定用
30、途出现的最不利的条件。目前低合金高强度钢的发展与各种焊接工艺的发展足同步进行的，要特别注意确保这些钢能够具有适当的焊接性能。如果焊接操作得当，大部分低合金高强度钢是可以很好地进行焊接的。对于大型型钢和较高碳和锰含量的牌号，需要预热和(或)采用低氢焊条。对于某些低合金高强度钢无论厚度是多少，都应采用低氧焊条。对最小屈服点最高达约345MPa的低合金高强度钢进行气体保护熔化极电弧焊，采用低碳涂药焊条通常是合适的。对于最小屈服点高于约415MPa的钢和当对焊缝金属要求特殊的性能，如更高的耐腐蚀性能时，则通常需采用低合金钢焊条。对于埋弧焊、气体保护金属极电弧焊和药芯焊丝电弧焊，推荐采用与气体保护熔化极
31、电弧焊所建议采用的焊条一样的充填金属的焊条。对于汽车工业用低合金高强度钢薄板，一般限制其碳含量不大于0.13%以得到良好的点焊性能。4.耐腐蚀性能当使用低合金高强度钢时，都是希望取其强度高的优点而用较薄的截面，这不仅仅是为了节省重量而且也是为了尽可能的经济。但是，必须要充分考虑腐蚀这一因素，钢材截面愈薄就愈应注意防腐。任何钢结构的防腐一般都是通过在适当准备的表面上涂防腐层并且对防腐层加以保护的方法来达到的。一些低合金高强度钢具有良好的耐大气腐蚀性能，其不仅可以提高防腐涂层的效果，而且在某些情况下采取适当的预防措施甚至还可以在不涂层的状态下暴露在大气中使用。没有任何一种材料同样耐耐有可能想像到的
32、腐蚀条件，低合金高强度钢的耐大气腐蚀性能随对耐腐蚀起最大作用的合金元素的组台和含量而改变。提高耐大气腐蚀性能的元素是铜、磷、硅、铬、镍和钼。5.缺口韧性低合金高强度钢牌号在设计上具有对其预期的结构用途来说相当好的缺口韧性。具体牌号的低合金高强度钢其缺口韧性的适用性，或是只根据已有的使用经验，或是结合缺口试样的冲击试验结果综合考虑。为了满足某些用途的极严格的要求，生产的一些低合金高强度钢具有极好的缺口韧性。例如，目前通常采用控制热轧技术生产用于制造焊接管线钢管的低台金高强度钢钢板，这种钢管需要符合有关标准对缺口韧性规定的要求。一些低台金高强度钢在正火状态下，结合选择的成分。在钢板厚度最大达到75
33、mm时其塑性-脆性转变温度低于-60。一些牌号的低合金高强度荆在用于高速公路桥梁的主要拉力构件时，必需满足-12-21冲击性能的要求。 1.3.3 E级钢在重载提速铁路货车中的应用前景在实际生产中，有许多形状比较复杂的零件或大型部件难以用压力加工的方法成形，此时通常用铸钢制造。特别是今年来铸造技术的进步，精密铸造的发展，铸钢件在组织、性能、精度和表面光洁度等方面都以接近锻钢件，可在不经切削加工或只需少量切削加工后使用，能大量节约钢材和成本，因此铸钢得到了更加广泛的应用。为了进一步改善铸钢的力学性能，常在碳素铸钢的基础上加入少量Mn、Si、Cr、Ni、Mo、Ti、V等合金元素，制成低合金铸钢。当
34、要求特殊物理化学性能时可采用特殊铸钢，如不锈铸钢、耐磨铸钢及耐热铸钢等。E级钢由于其力学性能，特别是硬度可以在很大范围内调整，又具有良好的冲击韧性和耐磨性，因此通过调整钢的化学成分和热处理工艺，在较大范围内控制硬度和韧性的合理匹配，满足一定的抗冲击和疲劳磨损性能，并且生产成本低，工艺简单，性价比高，在铁路货车车辆重载、提速中有着广阔的应用前景。1.4 热处理工艺对低合金钢组织和性能的影响1.4.1 热处理工艺设计及结果将试样加热到奥氏体化温度，分别为900、920、 940 ，保温1 h，分别采用不同的冷却方式，即空冷，油冷，盐浴冷却，利用膨胀法测出该合金钢的MS点为290 ，所以该合金钢下贝
35、氏体形成温度在310320，本试验等温淬火温度选择在315 。每套方案都选用3个冲击试棒，并取其平均值。1.4.2 奥氏体化温度对硬度和冲击韧性的影响随着奥氏体化温度的升高，硬度下降。采用空冷冷却时，由于冷却速度较慢，组织中贝氏体含量较多；采用油冷冷却时，由于冷速较快，组织中马氏体占绝大多数，所以空冷条件下的硬度都比油冷条件下的低。在空冷和油冷淬火条件下，奥氏体化温度对冲击韧性的影响。随着奥氏体化温度的升高，冲击韧性升高，在奥氏体化温度为920 时，冲击韧性达到最大。当奥氏体化温度大于920时，冲击韧性又降低。不同奥氏体化温度下空冷的冲击韧性都大于相同温度下油冷的冲击韧性。这是因为：试样加热到
36、奥氏体化温度以后，采用空冷冷却时，由于冷却速度较慢，形成贝氏体和马氏体的复合组织，其中贝氏体含量较多；采用油冷冷却时，由于冷速较快，虽然形成的也是贝氏体和马氏体的复合组织，但马氏体占绝大多数。1.4.3 等温淬火时间对力学性能的影响随着等温时间的延长，材料的硬度减小，冲击韧性升高，保温30 min时，材料的韧性和硬度达到较好的配合。奥氏体化温度为920，保温60 min，等温淬火温度为315，不同等温淬火时间下的金相组织，从图中可以看出：15 min等温时间下得到较粗大的下贝氏体针，由于完成等温转变时间较长，15 min不足以使组织完全转变，有残余奥氏体，在空冷过程中转变成马氏体，故材料硬度较
37、高。当等温淬火时间为30 min时，等温淬火生成更多的下贝氏体组织，其中也有少量羽毛状上贝氏体，空冷也会形成一部分马氏体。当等温淬火时间增至60 min时，组织已转化完全，残余奥氏体量较少，由于保温时间充分，几乎全为下贝氏体组织，在保温时间为60 min试验中，随着保温时间的延长，形成的下贝氏体越来越多由于下贝氏体分割原奥氏体晶粒，减少了板条束的尺寸，在断裂过程中当裂纹遇到板条束界时，裂纹曲折转向，吸收更多的能量，提高韧性，故315等温淬火保温60 min由于含有较多的贝氏体，更容易分割奥氏体晶粒，所以韧性更高与315等温淬火15 min，30 min相比，硬度较低。1.5 研究内容本课题的主
38、要研究内容包括：1.研究不同回火温度对车钩用钢组织和性能的影响；2.研究不同淬火温度对车钩用钢性能和性能的影响。第2章 试验材料及方法2.1 研究的工艺路线本文系统研究了热处理工艺对ZG300-520性能的影响，并对合金的金相组织和力学性能进行了分析。整个实验的工艺流程如图2-1所示。炉料准备冲击实验拉伸试验硬度测试浇铸制备试样淬火及回火金相组织观察制作砂型辅助工具准备顺序加入炉料熔化图2-1实验工艺流程2.2 试验材料与制备2.2.1 试验所用的材料试验所用的材料主要来自于纯铁和45#钢，以及含有不同合金元素的其它金属及合金，如中锰和硅铁及铝铜等。通过实验方案的设计出ZG28MnCrMo，合
39、金成分的含量如下表：表2-1各种合金成分的含量（%）元素CSiMnCrMoAlCuNiPS含量0.280.521.400.500.240.0410.140.020.0180.015根据各种合金成分的具体含量和所选用的各种材料的原料成分单，可以计算出各种材料的具体质量，各种材料的具体质量见表2-2 配料单(单位：g 总质量: 22kg)：表2-3配料单 原料纯铁45#钢硅铁中锰Cr铁Mo铁铝铜质量/g1130010000120350220819312.2.2 试验仪器表2-4 实验仪器及用途仪器名称用途中频电阻炉熔炼高温箱式电阻炉热处理拉伸试验机材料拉伸测试冲击试验机材料冲击测试洛氏硬度仪材料硬
40、度测试布氏硬度仪材料硬度测试金相显微镜材料显微组织观察抛光机抛光处理2.3 热处理方案表2-5热处理方案序号淬火温度/保温时间/h回火温度/保温时间/h188025003288025503388026003488026503585025503688025503791025503894025503ZG28MnCrMo是一种低碳低合金结构钢,其正常组织为铁素体加珠光体。调质处理是调整低合金化铸钢组织、改善铸钢强韧性的一条有效途。众所周知，为了获得优良的综合力学性能，人们经常采用调质热处理的方法达到目的。因此本人对E级钢进行了优化淬火温度和优化回火温度的实验。根据铁碳相图，我们可以知道E级钢的Ac3
41、大概在820830，因此可以确定淬火温度为880，然后分别在500、550、600和650回火，优化出回火温度。分别在850、880、910和940进行淬火，然后在上一步中优化出的回火温度进行回火。保温时间：淬火-2小时，回火-3小时冷却方式：淬火-水冷，回火-空冷2.4 分析测试方法2.4.1 常温拉伸性能测试ZG28MnCrMo合金常温的拉伸试验分为三个阶段：1、弹性阶段：随着拉力的增加，钢筋开始伸长。因为应力与应变是一条直线，即两者成比例关系。我们称之为弹性阶段；2、屈服阶段；随着拉力的继续加大，材料开始急剧变形。由于钢材的特性（即在受到很大拉力开始颈缩时，由于分子结构之间的作用，强度开
42、始增大），应力会继续增加，但变形会急剧增大。处于僵持阶段；3、破坏阶段：当拉力继续增大，材料的应力达到极限，会突然断裂，于是试验结束。试样常温拉伸试验在电子万能试验机上进行。拉伸试样采用5mm50mm标准试样。试验时所处的环境为室温，见图2-2。图2-2 拉伸试样简图2.4.2 零下60低温冲击韧性测试冲击韧性是反映金属材料对外来冲击负荷的抵抗能力，一般由冲击韧性值（ak）和冲击功（Ak）表示，其单位分别为J/cm2和J（焦耳）。工程上常用一次摆锤冲击弯曲试验来测定材料抵抗冲击载荷的能力，即测定冲击载荷试样被折断而消耗的冲击功Ak。 而用试样缺口处的截面积F去除Ak，可得到材料的冲击韧度（冲击
43、值）指标，即ak=Ak/F，其单位为kJ/m2或J/cm2。 因此，冲击韧度ak表示材料在冲击载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。ak值的大小表示材料的韧性好坏。U形冲击试样的标准试样长度为55mm，宽度为10mm。试验时所处的环境为室温和零下60低温。试样见图2-3所示。图2-3拉伸试样见图2.4.3 硬度测试硬度测试是一种常用的性能测试方法，布氏硬度的测定原理是用一定大小的试验力F(N)，把直径为D（mm）的淬火钢球或硬质合金球压入被测金属的表面，保持规定时间后卸除试验力，用读数显微镜测出压痕平均直径d (mm)，然后按公式求出布氏硬度HB值，或者根据 d 从已备好的布氏硬度表中查出HB值。布
44、氏硬度试验是所有硬度试验中压痕最大的一种试验法，它能反映出材料的综合性能，不受试样组织显微偏析及成分不均匀的影响，所以它是一种精度较高的硬度试验法。在冶金、锻造、铸造、未经淬火钢及有色金属等工业领域、实验室、大专院校和科研单位内广泛使用。当被测样品过小或者布氏硬度（HB）大于450时，就改用洛氏硬度计量。试验方法是用一个顶角为120度的金刚石圆锥体或直径为1.59mm/3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕深度求出材料的硬度。洛氏硬度中HRA、HRB、HRC中的A、B、C为三种不同的标准。称为标尺A、标尺B、标尺C。洛氏硬度实验是现今所有使用的几种普通压痕硬度实验的一种。三种
45、标尺的初始压力均为98.07N（10Kgf），最后根据压痕深度计算硬度值。标尺A使用的是球锥菱形压头，然后加压至588.4N（60Kgf）；标尺B使用的是直径为1.588mm（1/16英寸）的钢球作为压头，然后加压至980.7N（100Kgf），因此标尺B适用于较软的材料检测。标尺C适用于较硬的材料检测。 最常用标尺是HRC、HRB和HRA，其中HRC标尺用于测试淬火钢、回火钢、调质钢和部分不锈钢。这是金属加工行业应用最多的硬度试验方法。HRB标尺用于测试各种退火钢、正火钢、软钢、部分不锈钢及较硬的铜合金。HRA标尺用于测试纯铜、较软的铜合金和硬铝合金。HRA标尺尽管也可用于大多数黑色金属，但
46、是实际应用上一般只限于测试硬质合金和薄硬钢带材料。本试验回火态组织测量布氏硬度，在布氏硬度计上进行。淬火态组织测量洛氏硬度，在洛氏硬度计上进行。2.5 显微组织观察对不同处理状态的试样在金相专用砂纸上研磨后再到抛光机上抛光，抛光液通常采用Al2O3、MgO或Cr2O3等细粉末（粒度约为0.31m）在水中的悬浮液。待磨到试样在金相显微镜下没有明显的划痕后使用4%的硝酸酒精溶液进行腐蚀10s，接着用清水冲干试样再用酒精漂洗，然后在室温条件下风干或用吹风机吹干再进行金相组织观察。金相组织观察在OLYMPUS-GX71型数码金相显微镜上进行，并对典型的组织区域进行照相。第3章 优化回火温度的实验结果与
47、分析3.1 温度对试样显微组织的影响3.1.1 回火温度对试样显微组织的影响(d)(c)(b)(a)不同回火温度得到试样调质态的显微组织分别如图3-1所示：(a)500回火(b)550回火(c)600回火(d)650回火图3-1回火后的组织图3-1是ZG28MnCrMo在不同回火温度下的组织。可以看出，ZG28MnCrMo高温回火后的后的组织均由回火索氏体组成，其差异仅在于组织形态、大小的不同。当ZG28MnCrMo在880淬火，500、550、600和650回火时，均得到回火索氏。随着回火温度的升高，均匀化，见图3-1。3.1.2 淬火温度对试样显微组织的影响3.1.2.1 淬火温度对试样淬火态显微组织的影响不同淬火温度得到试样淬火态显微组织分别如图3-2所示。(b)