20CrMnTi钢管淬火和不同温度回火组织与力学性能
20crMnTi钢管是低碳低合金结构钢,该钢通常在化学热处理状态下使用。经渗碳或+碳氮共渗处理后,具有良好的耐磨性能和抗弯强度,以及较高的抗多次冲击能力。该钢+还可在调质状态下使用,其热处理工艺简单,热加工和冷加工性能均较好,在兵器工业+中,主要用来制造截面在30mm以下的承受中等载荷的零件,如履带车辆的左右分离+圈、同步器固定齿套等。
20crMnTi钢管作为低碳马氏体用钢,经淬火低温回火后,在获得高强度的同时,比优质碳素钢有更好的塑性、韧性的配合,其冷脆倾向较小,低温冲击值高,综合机械性能良好,可用以制造中小尺寸的高强度零件。
热处理工艺不同,特别是不同温度回火后,钢材具有不同的组织和性能。
20CRMNTI钢管在200℃回火时其强度与自回火,即淬火态时相近或略有提高,而后随回火温度升高强度逐渐增加,至250～300℃回火时,强度达到最大值。这主要是因为20CrMnTi等低碳马氏体类钢,在200℃以下回火时,由于碳原子偏聚于位错较之析出碳化物更为稳定,所以仅有碳原子向位错线附近偏聚而不析出碳化物。此时的组织结构与自回火态时相近,而使性能基本相同。但由于低碳马氏体钢的Ms点较高,在淬火过程中有可能在已形成的马氏体中发生自回火而析出碳化物。
当回火温度升高到250～300℃时,除碳原子进一步偏聚外,还将从碳的偏聚区直接析出e一碳化物,这些极细小的碳化物还与母相保持共格联系,由此而造成的结构畸变与位错钉扎作用增强,而使钢的强度提高。此时的显微组织仍保持板条状马氏体的形态。+在回火温度超过30O℃以上回火时,由于自α相中析出了θ一碳化物并开始逐浙长大,α相基体中的碳已趋于平衡态含量,固溶强化和弥散强化作用减弱,使钢的强度又逐渐降低。+20CrMnTi钢经400℃回火后,在马氏体板条界析出薄片状θ一碳化物。但此时组织+仍保持板条状马氏体的形态。
如再升高回火温度,则颗粒状碳化物将明显粗化。α相基体已进行回复和再结晶，这时钢的组织将由等抽的α晶粒和较粗大的θ一碳化物构成,这种组织的固溶强化作用已消失,对位错运动的阻力显著降低,致使钢的强度进一步降低。+但由于20CrMnTi钢管中的Cr、Ti等强碳化物形成元素的作用,阻碍了碳原子在马氏体中的扩散和减慢了碳化物微粒的聚焦长大速度.以及推迟了θ相的回复、再结晶过程,从而抑制了钢的硬度和强度的降低,因此使20CrMnTi钢与中碳调质钢相比,在相同温度回火条件下仍具有较高的强度。
20CrMnTi钢管淬火成低碳马氏体组织后还具有良好的塑性与韧性,且随回火温度的升高而增加。冲击韧性随回火温度升高开始增加,但在300~400℃温度范围内回火时,冲击韧性值又较明显降低。这主要是由于在此温度范围内回火时,沿板条马氏体板条界析出碳化物薄壳所致,由此亦使伸长率在此温度附近没有增加,呈现出较明显的回火脆性。对一般结构零件在确定回火工艺时,应避免回火脆性的不良影响,但对一些特殊要求的零件又可利用这一现象以满足特殊要求。
当回火温度超过400℃以上再升高回火温度后,塑性和冲击韧性均显著增加。20CrMnTi钢在低温回火或在高温回火,均具有优良的塑性和韧性。从20CrMnTi钢淬火后经250℃回火和经400℃回火后试样断口的电镜微观形貌,可见其明显的韧窝特证,表明材料均为韧性断裂。
20CrMnTi钢管淬火和不同温度回火后,具有良好的综合力学性能,因此,除在化学热处理状态下使用外,还可做为低碳马氏体钢制造中小尺寸的高强度零件。 (2)20CrMnTi钢管淬火后获得低碳马氏体组织,由于自回火现象使该钢的性能与低温回火时相近,即具有高强度和良好的塑性与韧性,因而可以在淬火状态下直接应用。+(3)应用20CrMnTi钢制造要求高精度尺寸稳定的零件,在淬火后应进行回火处理。当在250℃进行回火时,将获得最佳强韧性能配合,如在300~400℃温度范围内回火时,则出现回火脆性,对一般结构零件应设法避免和克服,而对某些兵器零件可用此满足其特殊性能要求。
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