|
中频感应加热斜轧钢芯的金相组织
江旭彩
张存信
(驻包地区军代室)
(五二研究所)
摘
要：在研究热斜轧钢心热处理工艺参数的基础上，对中频感应加热斜轧
14.5mm穿甲弹钢芯的金相组织进行了系统的研究。结果表明，热斜轧后直接
淬火钢芯的各部位金相组织与轧制中变形程度有关，且不同于车制钢芯的金相组织。
关键词：感应加热；感应淬火；斜轧；金相组织
l
引言
长期以来，12.7mm和14.5mm高射机枪用的穿甲燃烧弹钢芯是由圆钢车制而成，其工作效率低、工人劳动强度大，且使相当数量钢材成为切屑而废弃。热斜轧是一种无切屑精轧新工艺，可直接成形各种形状的零件，在国内轴承及标准件行业中被广泛采用，取得了良好的效果。应用热斜轧穿甲弹钢芯不需要机械加工，可在轧后直接感应淬火、回火后装配使用，这无疑是穿甲弹钢芯生产工艺的重大变革。热斜轧钢芯不仅可节省原材料，还可充分利用轧后余热感应淬火、节约能源，具有很大的经济效益和推广价值。本文在研究轧制和淬火加热工艺参数时，系统地研究了不同工艺参数和钢芯不同部位的金相组织，并与车制钢芯的中频感应淬火组织进行了对比试验，进而探讨了热斜轧钢芯对穿甲弹穿甲燃烧性能的影响。
2
试验方法与结果
2.1 感应加热设备
本试验采用BPS100/8000型中频发电机组供给中频电源。轧制加热用内径Φ25mm，长度为670mm矩形铜管绕制的三组式感应器；淬火使用内径Φ25mm、长度为1000mm的二组式感应加热器。经测试，加热感应器平均加热速度为60～80℃/min，淬火感应加热器平均加热速度为95～105℃/min。
2.2 原材料
热斜轧和车制钢芯均使用同一批经球化退火的冷拔磨光T12圆钢，其外径尺寸在12.30～12.4mm范围内。试验用原材料，除检验化学成份和常规力学性能外，还对钢材的淬透性、网状碳化物、石墨碳及片状珠光体等进行了检验，均符合技术条件的要求。
2.3 轧制试验
热斜轧试验在专用钢芯斜轧机上进行。轧制感应加热的输出功率在65～75kw之间，钢棒的加热温度为800～950℃；轧制速度每分钟98发。
2.4 淬火及回火
经热斜轧和由原材料车成的钢芯，都使用82kW感应加热淬火，淬火液为10％的NaCl。淬火后的钢芯径130～160℃、40min盐浴回火。钢芯圆柱部硬度测定结果，轧制钢芯表面硬度为HRC66～67、心部硬度。HRC43～45、软心直径6.0～7.0mm；车制钢芯表面硬度HRC66.5～67.5、心部硬度HRC40～42、软心直径5.5～6.5mm。
2.5 金相组织
热斜轧后直接水冷的钢芯沿钢凸中心线剖开磨成金相试样，用5％的盐酸水溶液腐蚀，可显示轧制流线及不同变形量区的淬火组织，其形貌见图la。将上述试样抛光后，用4％硝酸酒精溶液腐蚀后观察不同变形区的显微组织，可以看到，在轧制中变形量较大的头部①和尾部，为片状马氏体+少量碳化物组织(图1b)；过渡区②中为马氏体、屈氏体+少量碳化物组织；心部③为屈氏体+碳化物；圆柱表面④为马氏体和少量屈氏体+碳化物组织；在圆弧部⑤处为细小的马氏体+碳化物组织(图lc)。
用光学显微镜观察轧制和车制钢芯淬火回火后的金相组织发现：轧制钢芯头、尾部经变形处的金相组织与未经变形车制钢芯的组织明显不同。马氏体尺寸明显减小，而碳化物呈细小弥散分布(图2a)。相反，车制钢芯马氏体粗大，且未溶碳化物颗粒较大(图2c)。另外，轧制与车制钢芯的心部组织也有所不同，轧制钢芯的心部有少量屈氏体出现，其硬度也高(图2b、d)。
a一低倍组织
b一尖部区①的组织 t一圆弧部⑤的组织、
图1
50KW加热斜轧后直接水冷钢芯的金相组织
a--轧制钢芯尖部
b--轧制钢芯心部
c--车制钢芯尖部
d--车制钢芯心部
图2
50kW加热轧制，82kW淬火回火的金相组织(400×)
3
分祈与讨论
3.1
变形程度对金相组织的影响
从图la可以看到，轧制钢芯的尖部和尾部为塑性变形较大的两个区域，由于斜轧塑性变形使局部的温度大大高于原来的加热温度，从而使钢中的碳化物大量溶解，所以热轧后直接水冷试样中残余碳化物较少(图lb)，且马氏体片较为细小。相反，圆柱表面相对变形量小，温升亦少，处于温轧变形，所以碳化物多且组织细小。特别是圆弧部在轧制压力和与轧辊的摩擦力的共同作用下，温度有所升高，但与轧辊接触又不可升得太高，这样在中温的反复滚轧变形使该区的组织明显细化，如图lc所示。这正如Kula等的研究工作表明，中温(800～900℃)形变热处理可使组织细化，改善钢的韧性并减少可逆和不可逆回火脆性。如上所述，由于轧制钢芯不同部位的变形量不同，轧制中的温升有差异，因而轧制钢芯各部位呈现不同的组织形态。
钢芯尖部和尾部碳化物的溶解，使基体中的碳含量增加，使奥氏体稳定化。加之，轧后立即感应加热淬火，使碳原子来不及扩散形成大块渗碳体，而呈弥散态均匀地分布在基体上，这样就大大提高了穿甲弹钢芯尖部的强度和韧性。同时，圆柱部硬度比车制钢芯低，且钢芯软心直径比车制钢芯大，使钢芯整体韧性比车制钢芯高。因此，试验结果表明，轧制钢芯的穿甲燃烧性能优子车制钢芯。
3.2
感应加热导致的超细化
对于感应加热的超细化，pozror
L F和Dabkows ki D s曾研究了不同加热速度下多次加热后钢的强度及冲击韧性，结果表明，在多次反复加热和冷却条件下，晶粒会随加热速度的增加、和加热次数的增加而变细，因而在提高钢的强度的同时，钢的冲击韧性下降很少。根据这样的研究结果，轧制钢芯经：感应加热后轧制成形及轧后感应加热淬火的两次加热，由于感应加热速度较高，奥氏体晶粒来不及长大，加之，变形较大部位碳化物大量溶解，在随后的冷却中使碳化物无法扩散长大；使形核率大为增加，从而导致了轧制钢芯尖部的超细化。
4
结论
1.轧制钢芯不同部位金相组织形态与钢芯在热斜轧中各部位的变形程度直接相关，轧制塑性变形引起的温升使钢中碳化物大量溶解。
2.感应加热和中温塑性变形使轧制钢芯变形量较大的尖，尾部及圆弧部组织明显细化，并使碳化物细小而弥散地分布在基体上。
3.轧制钢芯尖部的强韧化，圆柱部硬度低，且钢芯软心直径较大，使钢芯整体有较好的强韧性配合，是其穿燃性能较好的原因所在。
|
