含V微合金中碳钢高频热处理过程奥氏体晶粒粗化的研究



含V微合金中碳钢高频热处理过程奥氏体晶粒粗化的研究

高频感应淬火常用来硬化表面层，以提高中碳钢的疲劳性能，例如汽车发动机曲轴。疲劳性能与前期奥氏体晶粒尺寸（p-AGS）密切相关，细小的前期奥氏体可以获得较高的疲劳性能。但很少有关于感应加热过程中奥氏体晶粒粗化现象的研究报告。因为感应加热过程中的奥氏体晶粒长大是在非等温条件下发生的，因此这是一个需要关注的现象；微合金钢的晶粒结构由于碳化物颗粒的存在而使之更稳定，所以其晶粒粗化现象更为复杂。本项研究工作的目的是考察含V微合金钢在高频感应加热过程中，在不同输入功率情况下晶粒粗化的现象，并使用Gleeble试验模拟超高速加热。

试验所用材料为大批量生产的S45CVMn钢，高频感应加热输入功率为15～30kW，采用80Hz 和120kHz 2个频率。用显微硬度计测量表面硬度，用光学显微镜测量奥氏体晶粒。加热速度和表面温度是两个最重要工艺参数，使用Gleeble1500热变形模拟试验机可以得到约500℃/s的加热速度。温度范围850～1050℃。

试验结果表明，在频率为120kHz情况下，随着输入功率从15kW升至30kW，感应硬化层宽度大幅增加。当频率降至80kHz时，感应硬化层宽度减小，深度增加。尽管是超高速加热，在次表层还是会发生明显的奥氏体晶粒粗化。与中碳钢不同，突出的特点是在表面的某个临界深度之下奥氏体晶粒突然粗大。Gleeble模拟试验表明，这种突然的晶粒粗大是由于VC颗粒的分解所致。在简化温度和颗粒密度分布图状态下进行的蒙特卡洛模拟表明，这种晶粒的突然粗大不仅是由于颗粒钉扎作用，而且可能由于热钉扎作用。在晶粒突然粗大的相关贡献因素中，晶粒长大的激活能是重要因素。因为含V中碳微合金钢具有对晶粒长大的中等程度的激活能，所以颗粒钉扎起重要作用。

刊名：Materials Science and Technology（英）

刊期：2013年第12期

作者：T.H.Kim et al

编译：张英才