【2017年整理】热处理工艺对T10A钢硬度及耐磨性能的影响.doc

热处理工艺对T10A钢硬度及耐磨性能的影响 庞绍平1，杨乐2 (1盐城工学院，江苏 盐城 224005) (2沙钢集团，江苏 苏州 215625) 摘 要: 将T10A钢加热到760℃和800℃这两个不完全奥氏体化温度，然后分别进行水冷淬火＋200℃回火的普通淬火工艺，以及230℃、270℃、310℃等温淬火工艺处理。光学金相、硬度测试和磨损试验的研究结果表明：等温淬火可以获得下贝氏体+粒状渗碳体，与水冷淬火+200℃回火相比，硬度有所下降，而耐磨性能相近。在相同等温淬火温度下，硬度随奥氏体化温度的升高而增加；在相同奥氏体化温度下，硬度随等温淬火温度的升高而减少。优良的耐磨性能取决于下贝氏体的硬韧性，综合考虑硬度、韧性、耐磨性、淬火残余应力等因素，760℃奥氏体化＋270℃等温淬火为T10A钢最佳淬火工艺。 关键词: T10A钢；等温淬火；硬度；耐磨性能 中图法分类号： 文献标识码： 文章编号： T10A钢为碳素工具钢，含碳量0.95%~1.04%，其生产成本较低，原材料来源方便，可加工性好。其在淬火加热时不致过热，淬火后钢中有过剩未溶碳化物，比T8钢具有更高的耐磨性，故在工具行业中应用十分广泛[1]。水冷淬火＋低温回火的T10A钢虽有较高的硬度和耐磨性，但其淬透性低、回火稳定性差且淬火变形大。为了充分利用材料潜力，其热处理工艺是值得研究的。 等温淬火工艺可以明显改善T10A钢的热处理缺陷，并且等温淬火得到的下贝氏体具有高的硬韧性[2]。T10A钢采用等温淬火可以大大减少淬火变形开裂的危险，并且经等温淬火后可具有极高的综合机械性能。 本课题研究了T10A钢在不同温度下的水冷淬火和不同奥氏体化温度和等温转变温度下的等温淬火的硬度及耐磨性能。试图在硬度与耐磨性降低较小的前提下，改善其热处理工艺从而达到减少其淬火残余应力、提高使用寿命的目的。 1 试样及试验过程 试验原材料为热轧态的T10A钢棒材，其化学成分如表1。使用线切割机加工成?6mm×12mm的磨损试样，试样形状和尺寸见图1。预先热处理为球化退火。 表1 试验材料的化学成分 Table 1 Chemical composition of sample C Si Mn S P 1.04 ≤0.35 ≤0.40 ≤0.020 ≤0.030 使用SXL-1200型箱式电阻炉将试样加热至760℃和800℃两个不完全奥氏体化温度，然后分别进行水冷淬火＋200℃回火的普通淬火工艺，以及230℃、270℃、310℃等温淬火工艺处理。 磨损试验在MG-2000型盘销式磨损试样机上进行。载荷为150N，盘转速为211r/min，磨损时间为1h。 图1 试样形状及尺寸 Fig.1 Shape and size of sample 2 试验结果及分析 2.1显微组织分析 图2 T10A钢经球化退火后的金相组织 Fig.2 Metallurgical structure of T10A steel after nodular annealing 从图2中可以看出，T10A钢球化退火后的组织为铁素体+粒状碳化物。球化退火有降低硬度，改善切削性能的目的，并且获得的均匀的组织有助于改善热处理工艺性能，使得T10A钢经淬火、回火后获得良好的综合机械性能[3]。    (a) 760℃水淬+200℃回火；(b) 800℃水淬+200℃回火；(c) 760℃加热+230℃等温淬火；(d) 800℃加热+230℃等温淬火 (e) 760℃加热+270℃等温淬火；(f) 800℃加热+270℃等温淬火 图3 T10A钢淬火处理后的金相组织 Fig.3 Metallurgical structure of T10A steel after quenching 从图3中可以看出，与水冷淬火+低温回火所得到的回火马氏体+残余奥氏体+粒状碳化物组织不同，T10A钢等温淬火后所得到的组织是下贝氏体+粒状碳化物。图中可以看出的是800℃奥氏体化加热的试样中粒状碳化物比760℃奥氏体化加热的要大。 2.2硬度的分析 从图4中可以看出，与水冷淬火+低温回火的硬度（61HRC）相比，等温淬火试样的硬度有所降低，奥氏体化温度不同，等温淬火温度相同的情况下，奥氏体化越高，便有更多的碳化物溶解于奥氏体基体中，使得基 图4 硬度与等温转变温度的关系曲线 Fig.4 Relationship between hardness and temperature 体含碳量多，形成的下贝氏体含碳量也多，而下贝氏体的硬度随含碳量的增加而增加，所以硬度上升。图3的金相组织也可以看出，800℃奥氏体化的粒状碳化物由于溶入基体中的量较多，所以残留的碳化物颗粒比760℃奥氏体