2530铸钢件中显微组织对其力学性能的影响检测方案(数码显微镜)

智能文字提取功能测试中

显微组织对 2530铸钢件力学性能的影响 尚贺军 (济钢集团重工机械有限公司，山东济南，250101) 摘要：通过对大型2530铸钢件四组冲击试样和四组拉伸试样的力学性能进行测试，并观察其显微组织，分析了显微组织中珠光体团的分布形态及含量对力学性能的影响。 关键词：：显微组织珠光体团力学性能 The Influence of the Microstructure on the Mechanical Property of the 2530 Casting Shang Hejun (Heavy machinery Ltd. of Jinan I&S group corporation， Jinan China 250101) Abstract： The influence of the distribution and content of the pearlite group in the microstructure on the mechanicalproperty by four groups impact testing and tensile testing and observation of the microstructure of the test samples. Key words： Microstructure， Pearlite Group， Mechanical property 一、概述 摆臂和轴套(如图1和2所示)是我公司为某外商提供的两种水泥生产所用大型铸钢件，该件材质为2530(相当于 ZG20MnSi)， 要求进行正火+回火处理，其化学成分和力学性能标准如表1所示。每个工件都随炉浇注试块，并在随后的热处理过程中进行同炉处理。我们对工件随炉试块的力学性能进行测试，并对其显微组织进行了观察和分析。 图1摆臂 图2轴套 Fig 1 The swing lever Fig 2 The roller shaft boss 表12530铸件化学成分(wt%)与力学性能 Tab 1 The chemical composition and mechanical properties of the 2530 castings 元素 C Si Mn P S 标准值 ≤0.18 0.30~0.60 1.10~1.50 ≤0.040 ≤0.040 性能 Re/MPa Rm/Mpa A/% KV/J， 20℃ 标准值 ≥295 ≥490 ≥25 ≥29 二、理化性能检测 表2拉伸试样的化学成分(wt%) Tab 2 The chemical composition of the tensile samples (wt%) 试样编号 C Si Mn P S Ceq L1 0.15 0.41 1.46 0.020 0.012 0.41 L2 0.17 0.42 1.50 0.011 0.004 0.44 L3 0.16 0.33 1.40 0.015 0.009 0.41 L4 0.18 0.50 1.51 0.015 0.013 0.45 所检测的冲击试样为Ⅴ型缺口冲击试样(10mm×10mm×55mm)，)，一组三个试样，每组取其中一个试样依次编号：C1、C2、C3和C4，拉伸试样(平行部分直径中10mm)衣次编号为：L1、L2、L3和L4。金相试样均取自各试样本身，冲击试样的金相观察面在试样一端，拉伸试样的金相观察面在夹持端，均尽可能避开受试验力影响而导致晶粒变形区域，金相试样均经清洗后用4%硝酸酒精溶液浸蚀。采用万能试验机进行拉伸试验，采用冲击试验机进行冲击试验，采用直读光谱仪检测试样的化学成分，采用金相显微镜进行显微组织观察。拉伸试样的化学成分如表2所示。冲击试样和拉伸试样的试验结果如表3所示。 表3冲击和拉伸试样的力学性能与显微组织 Tab 3 The mechanical properties and microstructure of the impact and tensile samples 编号 Re/N·mm-2 Rm/N·mm-2 A/% KV/J 珠光体团形态 珠光体含量/% C1 90 弥散长条状 30 C2 — 一 160 弥散短条状 40 C3 — 58 大块状 35 C4 76 大量小块和少量大块状 60 L1 350 487 29.5 大块和小块状 30 L2 435 533 30.0 弥散短条和少量大块状 40 L3 363 516 25.0 大块和小块状 35 L4 393 562 24.5 大块和小块状 50 三、试验结果分析与讨论 1、碳当量与力学性能的关系 根据式(1)计算各个拉伸试样的碳当量，如表2所示， 根据表2和表3中的数据，绘制Rm-Ceq 曲线和A-Ceq 曲线，如图3所示。从图3(1)可以看出，总体而言，随着碳当量的升高，试样的抗拉强度随之升高。这是因为随着碳当量的升高，碳及合金元素对基体的固溶强化作用明显增强，试样的强度会随之增大。断后伸长率则与试样的碳当量呈现复杂的关系，如图3(2)。 (1)Rm-Ceq 曲线 (2) A-Ceq 曲线 图3拉伸试样力学性能与碳当量的关系 Fig 3 The relationship between the mechanical properties and the carbon equivalent of the tensile samples 2、显微组织与冲击性能的关系 图4为冲击试样100倍下的显微组织图片，从图中可以看出，试样的显微组织均为铁素体+片状珠光体，其中试样C1 和C2的组织中珠光体团呈弥散分布，试样 C3 和 C4的组织中珠光体团大部分呈网状分布，另有少部分珠光体团弥散分布于网状珠光体团所包围的铁素体基体上。图5为冲击试样400倍下的显微组织图片，从图中可以看出，试样C1 和C2的珠光体团在400倍下呈条状，其中试样C1的为长条状， C2的为短条状。试状 C3 和C4 的珠光体团呈块状，其中试样C3的为大块状， C4的为大量小块状和少量大块状。从珠光体的体积比来看，在400倍下，试样 C1的显微组织中珠光体约占30%， C2 则可达40%。样样 C3和C4相比，前者的珠光体含量要小于后者，前者约为35%，后者则可达60%。根据表3中各冲击试样的冲击功 KV 与各冲击试样的显微组织中珠光体含量(P%)的评定结果，做出KV-P%曲线，如图8(1)。结合图4、图5和图8(1)，可以看出，I9当珠光体团呈弥散短条状分布时，试样的冲击功最大。这是因为在试样的显微组织中，珠光体团作为强化相，当直径减少时，则单位体积内的片层排列方向便增多，有利于既提高强度又提高塑性。其分布越弥散，单个珠光体团越细小，其对试样的综合力学性能贡献就越大，试样的冲击功就越高。 图4冲击试样的显微组织100× Fig 4 The microstructure of the impact samples 100× 图5冲击试样的显微组织400× Fig 5 The microstructure of the impact samples 400× 3、显微组织于拉伸性能的关系 图6为拉伸试样100倍下的显微组织，从图中可以看出，试样的显微组织为铁为体+片状珠光体，其中试样 L1、L3和L4的组织中大部分珠光体团呈明显的网状分布，少部分珠光体团弥散分布于网状珠光体团所包围的铁素体基 图6拉伸试样的显微组织100× Fig 6 The microstructure of the tensile samples 100× 图7拉伸试样的显微组织400× Fig7 The microstructure of the tensile samples 400× 体上。试样L2的组织中，少部分珠光体团呈不太明显的网状分布，大部分珠光体团弥散分布于铁素体基体之上。图7为拉伸试样400倍下的显微组织，从图中可以看出，试样L1、L3和 L4的组织中珠光体团呈大块和小块共存的情况，试样L2的组织中珠光体团则呈弥散分布。拉伸试样的组织中珠光体含量依次可评定为： L1中30%， L2中 40%，L3中 35%， L4中50%。依据表3中的抗拉强度和断后伸长率数据，结合各试样组织中珠光体评定结果，做出Rm-P%曲线和A-P%曲线，如图8(2)、(3)所示。从图中可以看出，随之珠光体含量的升高，试样的抗拉强度随之升高，这是因为珠光体作为强化相，其含量越高，其对基体的强化作用越强，试样的强度自然越高。综合图8(2)、(3)和图6、图7，组织中的珠光体团呈弥散分布时，试样的综合力学性能最好，强度和断后伸长率相对较高。 (1)KV-P%曲线 (2)Rm-P%曲线 (3)A-P%曲线 图8力学性能与显微组织中珠光体含量的关系 Fig 8 The relationship between the mechanical properties and the content of pearlite in the microstructure of the samples 四、结论 1、随着碳当量的升高，试样的抗拉强度随之升高； 2、试样显微组织中珠光体含量越高，试样的抗拉强度越高； 3、当试样显微组织中珠光体含量一定是，试样显微组织中珠光体团越细小，分布越弥散，试样的综合力学性能越好，冲击功越高； ( 参考文献 ) ( 1 、 林慧国傅代直。钢钢奥氏体转变曲线――原理、测试于应用[M]。机械工业出版社，1988年。 ) 通过对大型2530铸钢件四组冲击试样和四组拉伸试样的力学性能进行测试，并观察其显微组织，分析了显微组织中珠光体团的分布形态及含量对力学性能的影响。