凿岩机械气动工具（总第１６０期） 加热温度对２２Ｓｉ２ＭｎＣｒＮｉ２ＭｏＡ钢渗碳层的影响 黄斌 一，朱洪武 ，杨忠 一，周乐育 ，刘雅政 （１．北京科技大学材料科学与工程学院，北京１０００８３； ２．西宁特殊钢股份有限公司，青海西宁８１０００ ５） 摘要：通过固体渗碳试验研究了加热温度对钎具用钢２２Ｓｉ２ＭｎＣｒＮｉ２ＭｏＡ渗碳层的影响，分析了加热温度一 碳浓度一显微硬度一残余奥氏体的关系以及残余奥氏体的控制措施。结果表明：当渗碳时间为６ｈ时，随着加热 温度的升高，渗碳层的碳浓度逐渐增加，碳浓度分布梯度越来越平缓。２２Ｓｉ２ＭｎＣｒＮｉ２ＭｏＡ钢渗碳层的显微硬 度一碳浓度关系符合正态分布。在渗碳处理过程中，为了使渗碳表层获得硬度很高的马氏体组织，２２Ｓｉ２Ｍｎ． ＣｒＮｉ２ＭｏＡ钢渗碳层表面碳浓度应该控制在０．８０％一０．９０％之间。当表面碳浓度超过０．８０％～０．９０％时，渗碳完 成后需采取后续的工艺措施来消除已经存在的残余奥氏体，如采用长时间自然时效或深冷处理等 关键词：钎具用钢；２２Ｓｉ２ＭｎｃｒＮｉ２ＭｏＡ；渗碳；残余奥氏体；加热温度 中图分类号：ＴＧ１４２．１ 文献标识码：Ａ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ Ｈｅａｔｉｎｇ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ Ｃａｒｂｕｒｉｚｅｄ Ｌａｙｅｒｓ ｏｆ ２２Ｓｉ２ＭｎＣｒＮｉ２ＭｃＡ Ｓｔｅｅｌ ＨＵＡＮＧ Ｂｉｎ 一，ＺＨＵ Ｈｏｎｇ－ｗｕ ，ＹＡＮＧ Ｚｈｏｎｇ ，ＺＨＯＵ Ｌｅ—ｙｕ ，ＬＩＵ Ｙａ－ｚｈｅｎｇ （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｉ－ ｊｉｎｇ １０００８３，Ｃｈｉｎａ；２．Ｘｉｎｉｎｇ Ｓｐｅｃｉａｌ Ｓｔｅｅｌ Ｃｏ，Ｌｔｄ，Ｘｉｎｉｎｇ ８ １０００５，Ｑｉｎｇｈａｉ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｈｅａｔｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ ｅａｒｂｕｒｉｚｅｄ ｌａｙｅｒｓ ｏｆ ２２Ｓｉ２ＭｎＣｒＮｉ２ＭｏＡ ｄｒｉｌｌ ｓｔｅｅｌ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｓｏｌｉｄ ｃａｒｂｕｒｉｚａｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｈｅａｔｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｃａｒｂｏｎ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ，ｍｉｃｒｏ－ｈａｒｄｎｅｓｓ ａｎｄ ｒｅｔａｉｎｅｄ ａｕｓｔｅｎｉｔｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｔｏ ｒｅｍｏｖｅ ｒｅｔａｉｎｅｄ ａｕｓｔｅｎｉｔｅ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｈｅａｔｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ａｓ ｔｈｅ ｃａｒｂｕｒｉｚｉｎｇ ｔｉｍｅ ｉｓ ｉｆｘｅｄ ａｔ ６ ｈ，ｔｈｅ ｃａｒｂｏｎ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｒｂｕｒｉｚｅｄ ｌａｙｅｒｓ ｇｒａｄｕ— ａｌｌｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｇｒａｄｉｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｒｂｏｎ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｒｂｕｒｉｚｅｄ ｌａｙｅｒｓ ｇｏｔ ｓｍｏｏｔｈｅｒ．Ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎ— ｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏ－ｈａｒｄｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅａｒｂｕｒｉｚｅｄ ｌａｙｅｒｓ ａｎｄ ｃａｒｂｏｎ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｏｂｅｙｅｄ ｔｈｅ ｌａｗ ｏｆ ｎｏｒｍａｌ ｄｉｓｔｉｒｂｕｔｉｏｎ．Ｆｉ— ｎａｌｌｙ，ｉｔ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｔｈａｔ，ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｃａｒｂｕｒｉｚｉｎｇ，ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｃａｒｂｏｎ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｅｅｌ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｔａｒｇｅｔｅｄ ｂｅ— ｔｗｅｅｎ ０．８０％ａｎｄ ０．９０％ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｍａｋｅ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｒｂｕｒｉｚｅｄ ｌａｙｅｒｓ ｂｅ ｔｈｅ ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ ｏｆ ｇｒｅａｔ ｈａｒｄｎｅｓｓ．Ｏｔｈ— ｅｒｗｉｓｅ．ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｃａｒｂｏｎ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｉｓ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ Ｏ．８０％一０．９０％．ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｔｏ ｒｅｍｏｖｅ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｒｅｔａｉｎｅｄ ａｕｓｔｅｎｉｔｅ ａｆｔｅｒ ｃａｒｂｕｒｉｚｉｎｇ，ｓｕｃｈ ａｓ ｔｈｅ ｎａｔｕｒａｌ ａｇｉｎｇ ｆｏｒ ａ ｌｏｎｇ ｔｉｍｅ ｏｒ ｄｅｅｐ ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ｅｔｃ，ｗｅｒｅ ｒｅｑｕｉｒｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｔｏｏｌｓ ｓｔｅｅｌ；２２Ｓｉ２ＭｎＣｒＮｉ２Ｍ０Ａ：ｃａｒｂｕｒｉｚｉｎｇ；ｒｅｔａｉｎｅｄ ａｕｓｔｅｎｉｔｅ；ｈｅａｔｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ 随着我国经济建设的快速发展，国内各行业 对矿山资源产品和电力能源的需求量不断增长， 对钎钢、钎具也提出了新的要求。与国际先进钎 具钢相比，我国钎钢的钢种成分设计基本相同， 但制成的钎具产品使用寿命和质量相差较大，不 能完全满足生产需要．在一定程度上造成了资源 浪费。高品质的钎具要求具有良好的强韧性匹配 以保证其具有足够高的疲劳强度、耐磨损和抗冲 收稿日期：２０１５—０４—０２ ２０１５年第３期 》 ＾ 题 巷 到外表面的距离．ｍｍ （ｅ）９３０℃ ＞ ｎ 皿 堪 到外表面的距离，ｍｍ （ｄ）９５０＇Ｅ 图４渗碳样渗碳层到基体的显微硬度分布和碳浓度分布 随着加热温度的升高，渗碳层的碳浓度逐渐增 １ ｌ １ Ｏ Ｏ ０ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ ２ ｌ Ｏ ９ ８ ７ ６ ５ ４ ３ ２ １ Ｏ 加，碳浓度分布梯度越来越平缓；当加热温度大 ． 于９１０ 时，从最外层、次表层至距外表面距离 为０．９ ｍｍ位置处碳浓度增幅明显放缓。 由２－２小节分析可知，渗碳时间为６ｈ时， 当加热温度一定，渗碳层外表面由回火马氏体＋ ０．０ ０．１ ０．２ ０．３ ０．４ ０．５ ０．６ ０．７ ０．８ ０．９ １．０ １．１ １．２ １．３ 碳浓度．％ （ａ）原始数据 加热温度对２２Ｓｉ２ＭｎＣｒＮｉ２ＭｏＡ钢渗碳层的影响 》 到外表面的距离，ｍｍ （ｅ）９７０℃ 残余奥氏体组成．并无碳化物析出：随着距外表 面距离的增加，残余奥氏体的含量逐渐减少；随 着加热温度的升高，渗碳样显微硬度较大值在距 渗碳层外表面的距离更远的位置出现，同时渗碳 层硬度分布梯度变化不明显。为了确定渗碳样显 微硬度和碳浓度的关系，将不同渗碳样相同位置 处显微硬度和碳浓度对应起来．作出曲线如图５ （ａ）所示，对每一条显微硬度一碳浓度曲线进行拟 合，拟合结果见图５（ｂ）～５（ｆ）。 由拟合结果可得，当加热温度一定时，显微 硬度ｙ（ＨＶ）和碳浓度Ｃ（质量分数，％）符合如下 函数关系： Ｙ Ｙ０＋ ．ｅ印（一２．（Ｃ－Ｃｏ） ） （１） Ｗ 其中），ｏ，Ｃｏ， ， 为系数，不同加热温度下的 ， ， ，Ａ以及 见表ｌ。由表１可知，不同加 热温度下回归方程 接近１。回归数据总体上可 ０．０ ０．１ ０．２ ０．３ ０．４ ０．５ ０．６ ０．７ ０．８ ０．９ １．０ １．１ １．２ １．３ 碳浓度，％ （ｂ）８９０ｏＣ ２０１５年第３期 凿岩机械气动工具（总第１６０期） ＞ Ｚ 整 Ⅲ鲁 题 碳浓度，％ ｆ０）９１０℃ 碳浓度，％ （ｄ）９３０℃ ＞ 》 士 世 题 题 ０．０ ０１ ０．２ ０．３ ０．４ ０．５ ０．６ ０．７ ０．８ ０．９ １．０ １．１ １．２ ２ 碳浓度，％ （ｅ）９５０℃ 碳浓度，％ （ｆ）９７０℃ 图５显微硬度一碳浓度曲线 信。即２２ｓｉ２ＭｎＣｒＮｉ２Ｍ０Ａ钢钢渗碳层的显微硬 度一碳浓度关系符合正态分布。 由表１拟合结果可知，不同加热温度下显 微硬度较大值处的碳浓度在０．８０％～０．８７％之间。 的增加。但是，当碳浓度超过一定限度时，奥氏体 中碳浓度进～步增加，奥氏体稳定化程度显著增 加，发生马氏体转变的Ｍｓ点降低，淬火后将出现 大量的残余奥氏体，使得组织的硬度值下降。 渗碳时间为６ｈ，随着加热温度的升高，渗碳 层的碳浓度逐渐增加，碳浓度分布梯度越来越平 缓；相应地，奥氏体的稳定性也会增加，故渗碳样 外表面出现的残余奥氏体会在距外表面距离更 这说明当碳浓度在０．８０％～０．９０％Ｅｔ￣，在随后的淬 火过程中，能够得到硬度很高的马氏体组织，而 碳浓度继续升高，渗碳层的显微硬度将会降低。 这主要是因为随着碳浓度的增加，奥氏体中碳浓 度增加，在随后得到的马氏体中的碳含量也逐渐 增加，马氏体硬度增加，从而导致组织显微硬度 远的位置处出现，由此渗碳样显微硬度较大值在 距渗碳层外表面的距离更远的位置出现。 表１不同加热温度下的高斯拟合的回归系数 加热温度．℃ ８９０ ｙｏ ４２５．４８０ ｃ０ ０．８００ Ｗ ０．２９３ Ａ ５２．１８７ Ｒ２ ０．９６１ ９１０ ９３０ ４３３．３５７ ４３９．３３７ ０．８６３ ０．８２８ ０．２５７ ０．１８９ ４５．８７２ ２８．２３３ Ｏ．９ｌ１ ０．９４９ ９５０ ９７０ ４３５．０１５ ４２７．０９５ ０．８２６ ０．８７３ ０．１５３ ０．１７６ ２８．２３３ ３０．５８４ ０．８６ｌ Ｏ．９９１ ２０１５年第３期 凿岩机械气动工具（总第１６０期） 余奥氏体发生了分解，转变为马氏体。这在其它 文献ｌ７－ ２］中也有相关报道。 到外表面的距离．ｍｍ 图８加热温度为９７０℃渗碳样深冷处理 前后外表面硬度分布对比 由３．１小节分析可知，在渗碳处理过程中， 为了使渗碳表层获得硬度很高的马氏体组织． ２２Ｓｉ２ＭｎＣｒＮｉ２ＭｏＡ钢渗碳层表面碳浓度应该控 制在０．８０％～０．９０％之间。否则，当表面碳浓度超 过０．８Ｏ％～０．９０％时，当渗碳完成后需采取后续的 工艺措施来消除已经存在的残余奥氏体，如采用 长时间自然时效或深冷处理等。 ４结论 （１）当渗碳时间为６ ｈ时，随着加热温度的 升高，渗碳层的碳浓度逐渐增加，碳浓度分布梯 度越来越平缓，而渗碳层硬度分布梯度变化不明 显，渗碳样显微硬度较大值在距渗碳层外表面的 距离更远的位置出现。当加热温度大于９１０ ｏＣ 时，从最外层、次表层至距外表面距离为０．９ ｍｍ 位置处碳浓度增幅明显放缓： （２）２２Ｓｉ２ＭｎＣｒＮｉ２ＭｏＡ钢渗碳层的显微硬 度一碳浓度关系符合正态分布。当碳浓度在 ０．８０％～０．９０％时。在随后的淬火过程中，能够得 到硬度很高的马氏体组织：而碳浓度继续升高则 易于出现残余奥氏体，从而导致渗碳层显微硬度 降低： （３）在渗碳处理过程中，为了使渗碳表层获得 硬度很高的马氏体组织，２２Ｓｉ２ＭｎＣｒＮｉ２ＭｏＡ钢渗 ２０１５年第３期 碳层表面碳浓度应该控制在０．８０％一０．９０％之间。否 则，当表面碳浓度超过０．８０％－４３．９０％时。当渗碳完 成后需采取后续的工艺措施来消除已经存在的残 余奥氏体，如采用长时间自然时效或深冷处理等。 参考文献： ［１】胡铭，董鑫业，徐曙光等．中国钎钢钎具工业发展历程 回顾（一）［Ｊ］．矿山机械，２０１０，３８（２）：５－１１． 【２】胡铭，董鑫业，徐曙光等．中国钎钢钎具工业发展历程 回顾（二）［Ｊ】．矿山机械，２０１０，３８（４）：１－８． 【３】刘雅政，闫永明，周乐育等．提高钎具钢疲劳寿命的质 量综合控制研究［Ａ】．董鑫业，胡铭．２０１１年全国钎钢钎 具会议论文集『Ｃ１．１６７—１７４． ［４】孙健，杨惠，赵兴新等．滚动轴承钢中残余奥氏体量的 测定ｌ Ｊ１．精密成形工程，２０１１，３（１）：６－９． ［５】Ｂｅｅｓｅ Ａ Ｍ，Ｍｏｈｒ Ｄ．Ｉｄｅｎｔｉｉｆｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ—ｄｅｐｅｎ— ｄｅｎｃｙ ｏｆｔｈｅ ｍａｒｔｅｎｓｉｔｉｃ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｎ ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ ＵＳ— ｉｎｇ ｉｎ ｓｉｔｕ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓＩＪ１．Ｅｘｐｅｒ— ｉｍｅｎｔａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ，２０１ｌ，５１（５）：６６７—６７６． 【６】陈劲松，李学谦．ｘ射线衍射法测定渗碳钢中残余奥氏 体［Ｊ］．湖南冶金，２００４，３２（３）：３９—４１． 【７】赵国华，于文平，魏建勋．深冷处理对ＧＣｒｌ５组织和力 学性能的影响［Ｊ］．材料开发与应用，２０１０，２５（１）：２６—２９． 【８】蔡红，葛凯晨，卢军，等．９５Ｃｒ１８不锈钢的深冷处理【Ｊ１ ．金属热处理，２００９，３４（５）：８６—８９． 【９】Ｄｏｎｇ Ｙ，Ｌｉｎ Ｘ Ｐ，Ｘｉａｏ Ｈ Ｓ．Ｄｅｅｐ ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｓｔｅｅｌ ａｎｄ ｉｔｓ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ［Ｊ］．Ｈｅａｔ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｍｅｔａｌｓ（ＵＫ），１９９８，２５（３）：５５－５９． ［１０】Ｋａｌｓｉ Ｎ Ｓ，Ｓｅｈｇａｌ Ｒ，Ｓｈａｒｍａ Ｖ Ｓ．Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｔｏｏ］ｍａｔｅｒｉａｌｓ：ａ ｒｅｖｉｅｗ［Ｊ］．Ｍａｔｅｉｒａｌｓ ａｎｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ，２０１０，２５（１０）：１０７７－１ １００． ［１ １］Ｍｏｌｉｎａｒｉ Ａ，Ｐｅｌｌｉｚｚａｒｉ Ｍ，Ｇｉａｌａｎｅｌｌａ Ｓ，ｅｔ ａ１．Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆｄｅｅｐ ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｏｏｌ ｓｔｅｅｌｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ２００１，１ １８（１－３）：３５０－３５５． ［１２】Ｐｒｅｃｉａｄｏ Ｍ，Ｂｒａｖｏ Ｐ Ｍ，Ａｌｅｇｒｅ Ｊ Ｍ．Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａ— ｔｕｒｅ ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ ｐｒｉｏｒ ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｎ ｃａｒｂｕｒｉｚｅｄ ｓｔｅｅｌｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ２００６．１７６（１—３１：４１—４４．
