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第 4期 2 0 1 0年 4月 机 械 设 计 与 制 造 Ma c h i n e r y De s i g nMa n u f a c t u r e 1 2 3 文章编号 1 0 0 1 3 9 9 7 2 0 1 0 0 4 0 1 2 3 0 2 回火温度对 冶金锯 片用钢 6 5 Mn组织及性能的影响 术 苑少强 王 春 梁国俐 郭继富 。 韩会杰 唐山学院 科研处 ， 唐山 0 6 3 0 0 0 唐山冶金锯片有限公 司， 唐山 0 6 3 0 2 0 Ef f e c t o f t e mp e r t e mp e r a t u r e on mi c r o s t r u c t u r e a n d me c h a n i c a l pr o p e r t i e s o f 6 5Mn s a w bl a d e f o r me t a l l u r g y Y U AN S h a o q i a n g ， WAN G C h u n ， L I A N G G u o l i ， G U O j i f u ， H A N H u i - j i e S c i e n t i f i c R e s e a r c h D e p a r t m e n t ， T a n g s h a n C o l l e g e ， T a n g s h a n 0 6 3 0 0 0 ， C h i n a T a n g s h a n Me t a l l u r g i c a l S a w B l a d e C o ． ， L t d ． ， T a n g s h a n 0 6 3 0 2 0 ， C h i n a i 【 摘 要】 利用金相观察、 力争}生 能测试等手段， 在 3 6 0 5 6 0 C i 度汜-．14 - 围内 对冶 金锯片用钢6 5 M n i {进行了 连续回火处理。结果显示 随着回火温度的升高， 合金 由淬火马氏体逐渐转化为回火马氏体、 回火 j 马氏 体 回火索氏 体及回火索氏 体； 试样的强度及硬度连续下降。 在 4 0 0 - -4 2 0 “ 2 之间， 发现了回火 脆性，l i冲击值、 断面收缩率和延伸率明显降低。 ； { 关键词 冶金锯片； 6 5 Mn ； 回火组织； 力学性能 i 【 A b s t r a c t 】 U s i n g m e t a l lo g r a p h i c o b s e r v a t i o n a n d m e c h a n i c a l m e a s u r e m e n t ， met al l u r g ic al s a w b l a d e l l m ad e of 6 5 M n s 招 e z ∞ c 。 凡 in u o u s ly m p e r e d a t 3 6 0 ～ 5 6 0 ％ ．T h e e x p e rim e n t re s M d e m o n s ￡r at e d { ；t h at w i t h t h e i n c r e a s i n g te m p e r e d t e m p e r at u r e ， t h e q u e n c h e d m a r t e nsi t e w i l l t r ansf o r m i n to t h e t e m p e r e d 4 m a r t e n s i t e ， t e m p e r e d m a t t e nsi t e t e m p e r e d s o r b i t e o r t e m p e r e d s o r b i te ， r e s p e c t i v e ； t h e s t r e n g t h a n d h a r d - l ； 凡 e 5 s of s a m p le d e c lin e d c 。 n tin u o u s ly ． A t a b o u 4 0 0 ～ 4 2 0 ， th e e m p e r b rittle e s s 。 c c M rre d w h ic r e l s u l t e d i n t h e i m p a c t v al u e ， r e d u c t io n a r e a a n d e l o n g at io n p e r c e n t d e c r e ase d ． { K e y w o r d s S a w b l a d e f o r me t a l lu r g y ； 6 5 Mn ； T e mp e r mi c r o s t r u c t u r e ； Me c h a n i c a l p r o p e i e s l 中图分类号 T H1 6 ， T G 3 3 3 ． 2 2 文献标识码 A 目前， 国内冶金锯片用钢仍以淬火加回火的6 5 Mn为主， 主要 是因为其综合力学I 生 能较好 。 为避免使用过程中意外失效的发生， 有必要对其回火过程中力学性能及显微组织的演化进行系统的分 析， 以充分发挥其潜在的性能， 为工业生产提供实验数据。基于此 ， 针对 6 5 Mn 冶金锯片钢板进行了不同回火温度下 的实验研究 ， 并通 过力学胜能测试和金相观察等手段， 确定了其发生脆I生 转变的温度 范围， 同时 ， 给出了各个温度下的基本力学性能与显微组织。 1 实验材料及方法 采用国内某专业锯片用钢板 6 5 M n为原材料， 其化学成分为 Wt ． ％ c 0 ． 6 8 ， S i O ． 2 6 ， Mn 1 ． 0 6 ， P 0 ． 0 1 9 ， S O ．0 0 2 ， C r O ． 0 2 。将钢板加 热到 8 5 0 8 6 0 ％之间保温 1 h ， 保证其完全奥氏体化 ， 大约高于 M s 点 7 0 ％左右进行油淬， 然后在空气炉中回火 6 h ， 回火温度分 别 为 3 6 0 ％ 、 3 8 0 ％ 、 4 0 0 ％ 、 4 2 0 ％ 、 4 5 0 ％ 、 4 8 0 ％ 、 5 1 0 ℃ 、 5 4 0 ％ 和 5 6 0 ％。制成的拉伸试样尺寸为 8 “ 3 0 “ 2 5 2 m m，冲击试样尺寸为 5 1 0 * 5 5 m m 半冲击 。 每组试样选取三个 ， 取其算术平均值。 采用 4 ％硝酸乙醇溶液对抛光后的试样进行侵蚀 ，在奥林巴斯正置金 相显微镜下观察分析其显微组织。 2实验结果与讨论 2 ． 1 原始钢板 的组织及性能分析 未进行热处理前的 6 5 Mn钢板 的轧态组织 ， 如图 l 所示 。由 铁素体和分布在铁素体上的点状渗碳体组成，铁素体呈白色， 渗 碳体为黑色。轧态钢板的力学性能三次测试结果平均值分别为 O o 6 1 0 MP a ， 8 0 8 MP a ， 冲击韧性 a k 1 2 ．2 J ， 延伸率 6 9 ％， 断面 收缩率 2 4 ％。通过以上观察、 测试可知， 轧态组织比较均匀， 屈 强比在 0 ． 7 5左右。 图 1 6 5 Mn轧制态钢板组织形貌 2 ． 2不 同回火温度下试样的组织演化 从图 1 可知 ， 6 5 M n钢板的轧态组织是接近平衡的铁素体 渗碳体 ， 经充分奥氏体化后其组织特征将不复存在 。淬火组织及 淬火后经过 6 h不同温度回火后的组织， 如图 2 所示。其特点是 油淬后显现的是典型的淬火马氏体， 马氏体针状明显， 由于取向 不同， 有的针呈亮 白色， 局部依稀可见奥氏体晶界， 如图 2 a 所 示； 在 3 8 0 ％回火后得到回火马氏体 ， 如图 2 b 所示， 马氏体针细 小 ， 图中显示有碳化物析出 ； 回火温度达 到 4 6 0 ％时 ， 如 图 2 c 所 示，马氏体针的清晰度下降，显微组织为回火马氏体 回火索氏 体； 当回火温度达到本实验的最高温度 5 6 0 ％时， 如图 2 d 所示 -k来稿 日期 2 0 0 9 0 6 2 2 - R基金项 目 唐山市科学技术研究与发展计划资助 0 8 1 6 0 2 0 1 A 一 1 ． 1 1 2 4 苑少强等 回火温度对冶金锯片用钢 6 5 M n 组织及性能的影响 第4 期 基体主要是白色的块状组织上分布着黑色颗粒， 这是典型的回火 索氏体， 此时已经是高温回火阶段， 相当于对试样进行了调质处 理。可见， 从低温到高温的回火过程中， 冶金锯片用钢6 5 Mn 钢板 的组织从典型的回火马氏体逐渐演变成回火索氏体， 符合高碳马 氏体回火的一般规律口 。 一 一 c 4 6 0 V _, M目 S d 5 6 0 C S目 图 2不同回火温度下试样的组织变化 2 ．3 不同回火温度下试样的力学性能分析 回火过程中， 回火时间和回火温度均影响材料的性能。一般 情况下， 通过回火参数的控制， 可以得到最佳的强韧配比。为此， 研究进行了从 3 6 0 C 到 5 4 0 ℃区间温度的回火实验，通过系列的 性能测试， 得到 6 5 Mn锯片的性能变化规律， 为实际生产提供可 靠的技术参数。 回火温度同抗拉强度、屈服强度及冲击韧性之间的关系， 如 图3 所示。通过 O r i g i n数据处理软件自动生成。其基本规律是 6 5 Mn锯片专用钢在回火过程中，屈服强度和抗拉强度曲线呈均 匀下降趋势， 两条曲线的纵向问距很小， 说明屈强比很大， 温度较 高 回火时 ， 屈强 比减小 。屈服强度从 3 6 0 C 时的 1 5 0 0 MP a 以上降 低到 5 4 0 ℃时的9 5 0 MP a 左右， 只是在 4 0 0 ～ 4 2 0 q C 时略有升高。 观察冲击韧性值可知 基本上随着回火温度的提高而上升， 符合 回火的一般规律翻 。但是， 在 4 0 0 ,, ,4 2 0 C 时， 冲击脆性值仅为 1 5 J 左右， 远低于 3 8 0 ℃时的 3 6 J和4 5 0 C 时的3 5 J ， 说明， 在这个温度 发生了回火脆性， 考虑到强度值的跳动， 更说明了这一点。 6 O 55 5O 45 40 3 5 30 25 2 O 1 5 I O 0 3 4 0 3 6 03 8 04 0 04 2 0 4 4 0 4 6 04 8 05 0 05 2 0 5 4 0 5 6 0 T ℃ 图 3不同回火温度对强度 、 韧性的影响 回火温度对断面收缩率和延伸率的影响， 如图4 所示。随着 回火温度的上升， 两个参数值都逐渐提高， 虽然有些波动， 但是不 大。 只是在 4 0 0 ．- ．4 2 0 C 范围时， 断面收缩率不到 8 ％左右、 延伸率 不到 4 ％， 同临近数据比较， 数值下落， 断面收缩率变化更加明显。 考虑到图 3 所反应的数据， 和冲击韧性的指标是对应的， 即韧性 下降， 断面收缩率和延伸率下降。 3 6 2 4 1 2 O 3 4 0 3 6 0 3 8 04 0 04 2 04 4 04 6 04 8 05 0 05 2 05 4 0 5 6 0 T ℃ 图4回火温度对断面收缩率及延伸率的影响 硬度是材料强度微观的表现 ， 往往可以间接的反应材料的强 度的变化。6 5 Mn钢板回火过程中的硬度曲线 I- I R e ， 如图 5 所 示。实测结果显示其三个测量点的硬度值均符合相应的误差范 围， 可见， 热处理过程温度场是非常均匀的。值得注意的是， 硬度 下降平缓， 在 4 0 0 - 4 2 0 C 附近发生脆性转变时， 硬度值没有发生 明显变化， 硬度随回火时间的变化几乎呈直线下降。 3 4 03 6 03 8 04 0 04 2 04 4 04 6 04 8 05 o o5 2 05 4 U 5 6 0 T ℃ 图 5硬度随回火温度的变化 2 。 4讨 论 从实验的结果可知 回火的冲击韧性并不是随着回火温度的 升高而单调地增大， 出现了回火脆性。一般情况下， 钢在 4 0 0 C 以 内出现的回火脆性为第一类回火脆性 ， 在 4 5 0 C 以上时为高温回 火脆性 。6 5 Mn在 4 0 0 ～ 4 2 o o c 附近出现了回火脆性， 这一现象 应该引起足够的重视。究其原因可能是 回火时合金元素会发生 沉淀析出， 温度较高时， 溶质原子的扩散速度增加， 是加快析出的 因素， 但同时过饱和度较低又是不利于析出的因素； 温度较低时， 合金元素的过饱和度增加， 析出驱动力增加， 但同时扩散速度较 小又是不利于析出的因素。两方面综合的结果， 导致在某一温度有一 个最快的析出速度。因此， 极有可能是 4 o o ． - 4 2 o c 为 6 5 N n钢的 最快析出温度， 此时碳化物大量析出， 导致强度上升， 韧性下降。 工作中， 值得注意的一个现象是， 在回火脆发生的温度， 虽然 强度明显上升， 但硬度仍在随温度上升而降低。 这是因为， 测量硬 度所导致的范性变形与测量强度的拉伸变形并不相同。 在硬度压 痕附近的范性变形极为复杂，一般导致多个滑移系同时开动， 此 时由于升温所产生的基体组织软化会超过析出强化的贡献。 而拉 伸变形一般只会导致少数滑移系同时启动， 相对而言， 可能受析 出强化 的影响更大。 有关 6 5 M n冶金锯片专业用钢的回火脆性机理仍需要进一 步深入的实验研究， 才能澄清其形成的内在机制。 应该注意的是 在实际使用过程中， 由于锯片一般厚度很薄， 又要求锯片有较高 第 4期 2 0 1 0年 4月 机 械 设 计 与 制 造 Ma c h i n e r y De s i g nMa n u f a c t ur e 1 2 5 文章编 号 1 0 0 1 3 9 9 7 2 0 1 0 0 4 0 1 2 5 0 3 基于 C O MS O L的电解加工炮管膛线加工间隙的研究 l 杨 峰范植 坚赵 刚刚 西安工业大学 机电工程学院 ， 西安 7 1 0 0 3 2 Th e r e s e a r c h o f t h e ECM ma c h i n i n g g ap o n t u b e r i f i n g s u s i n g COMSOL Y AN G F e n g ， F A N Z h i - j i a n ， Z H A O G a n g g a n g X i ’ a n T e c h n o l o g i c a l U n i v e r s i t y ， X i ’ a n 7 1 0 0 3 2 ， C h i n a 【 摘 要】 为了 缩短阴 极研制周期， 按照无源导电 媒质中的电 场建立间隙电 场的 数学 模型， 按照气 液 i {两相流建 ,3 - 流场的数学模型， 根据膛线电解加工工-E参数设置边界条件， 采用C O M S O L M u h i p h y s i c s 3 ．4 { 多物理场耦合软件对加工间隙进行数值模拟 ， 结合工艺试验的数据， 分析加工间隙电场分布对实际加工l i精度的 影响。结果 表明， 当阴 极工 作齿向内 收一定角度， 有利于 减小 膛线 槽壁倾角 和槽底圆角， 计算 机模 i 拟与工艺试验结果一致。 c 关键词 电解加工 ； 炮管膛线； tj n - r 间隙模拟 ； C0MS OL { 6 【 A b s t r a c t 】 ／ n o r d e r t o s h o r t e n t h e p r e p a r a t i o n p e r io d of c at h o d e ， t h e m at h e m at ic a l m o d e l oft h e e l e c 一6 ； r c fi e l d i n g a p is b u il t a c c o r d i n g t o t h e n o n - s o u r c e fi e l d ofc o n d u c t i v e m e d i u m ， a n d t h e m o d e l oft h e fl o w ； fi e l d i n g ap acc o r d i n g t o g a s l iq u i d t w o p h ase fl o w ． T h e b o u n d ar y c o n d i t io n is c h o s e n acc o r d i n g t o t h e p a 一 ； i r a m e t e r of t h e E C M e x p e r i m e n t o n t u b e r ifl in g s ． C O M S O L M u h ip h y s i c s i s u s e d t o s i m u l a t e th e m a c h i n i n g l ；g ap， a n d t h e i n fl u e n c e of e l e c t r i c fi e l d d is t r i b u t i o n o n act u a l m a c h i n i n g p r e c i s i o n is a n a l y z e d i n t h e l ig h t of ； r e l e v a n t d at e c o l l e c t e d b y e x p e r i m e n t． h is d e m o n s t r at e d t h at o b l iq u i ty ofg r o o v e w a l l a n d c i r c l e ofg r o o v e l l b o tt。 m r w ill 6 e d e c re as e d as s id e of c at h 。 d e W O rk in g to o th in c lin e to w a r d in n e r at c e rta in i {a n g l e ． T h e s i m u l at i o n r e s u h s ar e i n a g r e e m e n t w i t h th e e x p e r im e n ts ． { K e y w o r d s E C M； B a r r e l r i fl e d ； S i m u l a t e ma c h i n i n g g a p ； C O MS O L { 中图分类号 T H1 6 ， T G 6 6 2 文献标识码 A 1引言 电解加工炮管膛线具有一次成型、 加工效率高、 表面质量好、 工具损耗小 、 无残余应力的优点_ 】1 。电解加工过程受流场 、 电场分 布和电极过程的影响， 形成不均匀的间隙分布， 从而影响膛线的 成型精度12 ] 。 膛线 阴极的研制过程需要通过多次实验 ， 对阴极工作 齿进行反复修正。 为了缩短阴极研制周期 ， 提高设计效率 ， 按照无 源导电媒质中的电场建立了间隙电场的数学模型 ， 按照气液两相 流建立流场的数学模型， 根据膛线电解加工工艺参数设置边界条 件， 利用 C O MS O L Mu h i p h y s i c s 3 ． 4多物理场耦合软件对加工间隙 进行数值模拟， 与工艺试验的结果进行对照。 2课题 的提出 大口径炮管混合膛线由等齐段、 渐速段、 出口段 3段组成， 线 槽深 ， 渐速段缠角变化范围大。按出 口段设计 的电解加工 阴极工 作齿， 在加工渐速段时， 产生膛线侧壁过切， 槽型不容易保证。需 要通过工艺试验对工艺参数和阴极进行优化。 实际工艺试验采用加工电压 8 、 9 、 1 0 、 1 1 、 1 2 V， 阴极工作齿的 内收角 6 。 、 7 。 、 8 。 、 9 。 ， 由膛线进口至出口阴极的进给速度为 1 0 ～ 2 5 mm ／ mi n 。每次加工后 ， 对炮管进行切片 ， 测量切片的形状 和尺 寸， 如图 1 所示。 图中 一工作齿的内收角； 膛线侧壁斜角； R 一 底部圆角； ， J 膛线口部宽度。 a 膛线槽型 b 阴极工作齿形 图 1膛线槽与阴极工作齿示意图 ★来稿日期 2 0 0 9 0 6 2 2-k 基金项目 总装备部“ 十一五” 装备预先研究重点资助项目 5 1 3 1 8 0 3 0 4 0 1 ●0● ●◇● 。0●0● ●0● ● ● ● ● 0●◇● ● ●◇●◇●o● ● ● ， ● ● ● ●0● ● 0● ●◇● ● ●● ◇● ● ●◇● 0● ● ● ● ● ●0● 的刚度和冲击性， 因此， 在满足使用的前提下尽量进行低温回火， 4 2 0 ℃时出现回火脆性。 考虑到实验结果， 应该避免在 4 0 0 -- 4 2 0 C 左右回火 。 3结论 随着 回火 温度 的升高 ， 6 5 M n钢板 由回火马 氏体逐渐演变为 回火索氏体组织 ， 同时 ， 强度下降 ， 塑性和韧性提高， 在 4 0 0 ～ 参考文献 1 郭继富． 金属冷切圆锯片在车 I 钢生产中的应用[ J ] ． 冶金设备， 2 0 0 5 1 4 3 -．4 8 2马泗春． 材料科学基础[ M] _ 西安 陕西科学技术出版社 ， 1 9 9 8 2 3 0 3崔忠圻． 金属学与热处理[ M] ． 北京 机械工业出版社 ， 1 9 8 8 2 8 6 - - 2 8 7
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