船轴用34MnV钢的热处理及性能研究
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摘要
首先，本文利用Formastor-F全自动相变仪完成了对成分改进后的微合金船轴用钢-34MnV钢的连续冷却转变曲线测定，并通过会相显微镜观察了各冷速下的金相组织。34MnV钢在冷却速度小于0.1℃／s时主要转变产物为铁素体+珠光体，冷却速度高于0.2℃／s时即有贝氏体出现，在冷却速度达到20℃／s时，则为全马氏体转变。
对34MnV钢试样分别进行不同工艺的热处理，利用Olympus BX60M金相显微镜、Zwick Z050电子拉伸试验机和JB-30B冲击试验机对热处理后的试样进行显微组织观察和力学性能测试。研究结果表明34MnV钢经过900℃保温1h后炉冷以及900℃保温1h后空冷的试样，强度和韧性都明显提高，但各有侧重，前者侧重于提高材料的韧性，而后者侧重于提高材料的强度；34MnV钢经过二次或三次奥氏体化后，晶粒尺寸减小，材料的强韧性进一步提高。
最后，通过ABAQUS有限元分析软件模拟了曲拐在900℃奥氏体化后冷却过程的温度场分布特性，冷却方式为水雾冷却。对模拟结果分析可以推测，曲拐内部转变产物为珠光体+铁素体组织，韧性较好；曲拐表层及边缘部位的主要转变产物为贝氏体，强度较高，曲拐通过该工艺参数的热处理可以获得外强内韧的力学性能，符合工件的使用条件。
The critical points and CCT curves of 34MnV steel used for crankshafts were tested byFormastor-F full-automatic transformation testing instrument. The CCT curves and themicrostructures at different cooling rates showed that the transformation products of34MnV were ferrite and pearlite when its cooling rate was lower than 0.1℃/s, while bainiteappeared when the rate was higher than 0.2℃/s. And the microstructure of 34MnV wasahnost martensite at the cooling rate of 20℃/s.
The microstructures and the mechanical properties of 34MnV steel after different heattreatments were studied by Olympus-BX60M optical microscopy, Z050 automation tensiletester and JB-30B impact tester. The experimental evidences revealed that the strength andimpact toughness of 34MnV steel held at 900℃for 1 hour and furnace-cooling or held at900℃for 1 hour and air-cooling were enhanced obviously, however, furnace-cooling putemphasis on improving toughness of materials, and air-cooling emphasized theenhancement of strength. After austenitizing for two or three times, the strength of 34MnVwas increased, meanwhile, its impact toughness was improved further and its grain sizewas smaller.
The crank austenitized at 900℃was cooled by water mist and the three dimensionaltemperature fields of the cooling process were simulated by means of ABAQUS software.The simulated results indicated that the inner of the crank was transformed into ferrite andpearlite, having better toughness. Furthermore, there existed bainite on the surface layer ofthe crank, whose strength was higher. Therefore this heat treatment process can provide thecrank with the excellent mechanical properties of strengthened surface and toughened inner, which meets working condition of materials well.
对34MnV钢试样分别进行不同工艺的热处理，利用Olympus BX60M金相显微镜、Zwick Z050电子拉伸试验机和JB-30B冲击试验机对热处理后的试样进行显微组织观察和力学性能测试。研究结果表明34MnV钢经过900℃保温1h后炉冷以及900℃保温1h后空冷的试样，强度和韧性都明显提高，但各有侧重，前者侧重于提高材料的韧性，而后者侧重于提高材料的强度；34MnV钢经过二次或三次奥氏体化后，晶粒尺寸减小，材料的强韧性进一步提高。
最后，通过ABAQUS有限元分析软件模拟了曲拐在900℃奥氏体化后冷却过程的温度场分布特性，冷却方式为水雾冷却。对模拟结果分析可以推测，曲拐内部转变产物为珠光体+铁素体组织，韧性较好；曲拐表层及边缘部位的主要转变产物为贝氏体，强度较高，曲拐通过该工艺参数的热处理可以获得外强内韧的力学性能，符合工件的使用条件。
The critical points and CCT curves of 34MnV steel used for crankshafts were tested byFormastor-F full-automatic transformation testing instrument. The CCT curves and themicrostructures at different cooling rates showed that the transformation products of34MnV were ferrite and pearlite when its cooling rate was lower than 0.1℃/s, while bainiteappeared when the rate was higher than 0.2℃/s. And the microstructure of 34MnV wasahnost martensite at the cooling rate of 20℃/s.
The microstructures and the mechanical properties of 34MnV steel after different heattreatments were studied by Olympus-BX60M optical microscopy, Z050 automation tensiletester and JB-30B impact tester. The experimental evidences revealed that the strength andimpact toughness of 34MnV steel held at 900℃for 1 hour and furnace-cooling or held at900℃for 1 hour and air-cooling were enhanced obviously, however, furnace-cooling putemphasis on improving toughness of materials, and air-cooling emphasized theenhancement of strength. After austenitizing for two or three times, the strength of 34MnVwas increased, meanwhile, its impact toughness was improved further and its grain sizewas smaller.
The crank austenitized at 900℃was cooled by water mist and the three dimensionaltemperature fields of the cooling process were simulated by means of ABAQUS software.The simulated results indicated that the inner of the crank was transformed into ferrite andpearlite, having better toughness. Furthermore, there existed bainite on the surface layer ofthe crank, whose strength was higher. Therefore this heat treatment process can provide thecrank with the excellent mechanical properties of strengthened surface and toughened inner, which meets working condition of materials well.
引文
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