Cr5大型支承辊用钢点状偏析与预备热处理研究

摘要

本文对锻后热处理态Cr5大型锻钢支承辊截取试样，运用扫描电镜及其附带的能谱仪、透射电镜、X射线衍射仪、拉伸和冲击试验机以及硬度计研究了Cr5钢的组织、化学成分、物相及其力学性能。结果显示：Cr5钢(锻后热处理)存在较严重的点状偏析，其实质是富Cr、Mo、Mn碳化物的异常聚集；点状偏析处异常聚集的碳化物形貌多样，且尺寸较大并呈无规律分布；类型有复杂六方和正交点阵的 M7C3、复杂立方的 M23C6以及正交点阵的 M3C2碳化物，其中复杂六方点阵的 M7C3与基体存在(11-20)K//(01-1)α、[0001]K//[011]α的晶体学位向关系， M23C6与基体的晶体学位向关系为(511)K//(01-1)α、[11-6]K//[01-1]α；点状偏析处显微硬度较之附近区域偏高。淬火后碳化物部分溶入基体，未溶碳化物以细小颗粒状分布于马氏体上；碳化物的溶解量随温度的升高和保温时间的延长而增加，970℃时，碳化物大部分溶解；保温开始阶段，碳化物溶解速率较快，随时间的延长溶解速率减慢，超过60 min时，溶解速率趋于零；Cr5钢硬度随加热温度的升高和保温时间的延长先增加后降低，970℃加热保温60 min硬度达到峰值为55.4HRC。将970℃加热保温60min后淬火试样进行回火。随回火温度的提高和保温时间的延长，Cr5钢的塑韧性提高、强硬度降低，540℃保温120 min，Cr5钢达到较为理想的综合力学性能：σb为1429.88 MPa，φ为2.90％，Ak为146.1 J，硬度为44.57 HRC，此时Cr5钢组织还未粗化。Cr5钢组织和碳化物随着加热温度的提高或保温时间的延长而粗化；保温120 min，加热温度为540℃时，Cr5钢碳化物尺寸较小、形貌单一；碳化物类型转变为正交点阵的 M7C3，且与基体存在(1-13)K//(200)α、[-512]K//[0-11]α的晶体学位向关系；回火温度升高到560℃时， Cr5钢仍有部分组织保持板条马氏体形态，且成板条马氏体束形态分布，两相邻板条之间有(110)M1//(110)M2，[-111]M1//[001]M2的晶体学位向关系。通过材料热力学理论计算了不同温度下 M7C3、M23C6和M3C2碳化物的形成吉布斯自由能变(ΔrG)以及转变摩尔焓变(ΔH)和吉布斯自由能变(ΔG)。结果显示：温度在650 K以上时，M7C3的稳定性最好，M23C6的稳定性最差；温度在813K和833K下，合金元素均匀化过程中，M23C6较之M3C2更易发生点阵改组生成M7C3。

目录

第1章 绪论

1.1引言

1.2支承辊材质

1.3支承辊组织缺陷

1.4支承辊预备热处理工艺

1.5主要研究内容

第2章 试验内容与方法

2.1试验材料

2.2试样制备及试验流程

2.3力学性能测试

2.4微观组织分析

第3章 锻后热处理态Cr5钢点状偏析研究

3.1概述

3.2点状偏析微观分析

3.3 Cr5钢物相分析

3.4碳化物形态研究

3.5点状偏析处显微硬度

3.6分析与讨论

3.7本章小结

第4章 淬火工艺对Cr5钢组织和性能影响

4.1概述

4.2不同温度下碳化物含量

4.3淬火工艺对Cr5钢组织的影响

4.4 Cr5钢碳化物溶解规律

4.5淬火后Cr5钢的硬度

4.6奥氏体晶粒长大理论分析

4.7分析与讨论

4.8本章小结

第5章 回火工艺对Cr5钢组织和性能影响

5.1概述

5.2回火工艺对Cr5钢碳化物形态及基体组织的影响

5.3力学性能测试

5.4碳化物热力学分析

5.5分析与讨论

5.6本章小结

第6章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果