研究与评论:材料科学杂雷竞技苹果下载志
菜单ISSN: 2321 - 6212
ISSN: 2321 - 6212
R Sri Siva1，Shunmuga Priyan先生2，*
1印度泰米尔纳德邦Marthandam工程技术学院机械工程系
收到:2022年8月13日，稿件编号:joms - 22 - 71869;编辑分配:8月16日-2022joms - 22 - 71869 (PQ);综述:8月30日-2022joms - 22 - 71869;修改后:06-Sep-2022，稿件编号:joms - 22 - 71869 (R);发表:13-Sep-2022, DOI: 10.4172/2321-6212.10.7.004。
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低温处理对EN-31钢残余奥氏体析出碳化物转变及腐蚀性能的研究。本文为确定残余奥氏体的百分比和腐蚀速率，提出了对en31轴承钢进行深冷处理的工艺。进一步从显微组织的角度比较了CHT和DCT试样的硬度值。根据ASTM E3-01制备优化的冷冻处理样品进行金相检查。然后对试样在不同条件下进行冷却速率、浸泡时间、浸泡温度、回火温度等因素水平设置。此外，与CHT样品相比，优化后的DCT样品的硬度有较大的变化，细化碳化物的析出和残余奥氏体向马氏体的转变。与CHT相比，该试样的平均硬度值分别为861 HV和19.20%、847 HV和17.25%、838 HV和17.10%、857 HV和18.40%、790 HV和13.45%。
低温治疗;en31钢;残留奥氏体;腐蚀;优化
EN-31轴承钢是一种铬合金钢，适用于大多数应用，如轴承，柱塞，桶等。根据Ashish bhatja等人。[1]，即EN31、EN-8和D3三种钢样号经过退火等热处理工艺后硬度的影响;进行正火、硬化和回火。根据他们的研究，退火后的EN31试样比未处理的试样更柔软。正火后的硬度比未处理的试样要高。Amey等人[2]研究了热处理对100Cr6材料相变变形程度的影响。结果表明，冷却速率对减小变形起着重要作用。同时也表明，材料上存在大量的残余奥氏体，会导致构件的变形失效。Sri Siva等人。[3.]进行了一项研究，以检验深冷处理对提高100Cr6轴承钢耐磨性的影响。该研究还旨在揭示深层深冷处理增强耐磨性的潜在机制。结果表明，与常规热处理(CHT)相比，DCT可提高耐磨性能37%。然而，由于与SCT相比，DCT在耐磨性和残余压应力方面的好处有所增加，因此也可以采用DCT。与Bensely等人报道的深冷处理相比，常规热处理中存在更多的韧窝和断裂表面。4］．作者报道了在热处理过程中碳簇的增加，从而提高了钢的耐磨性。[5]， Joseph Vimal等人。[6]进行了深冷处理，提高了EN-31钢的耐磨性。选择轴承钢进行低温处理，以改善EN-31钢的物理性能。处理前EN-31钢的硬度为18 HRC，未处理材料的硬度较低。热处理后试样的硬度有所提高。Das等人。[7碳化物的数量取决于D2钢的力学性能和耐磨性，碳化物的析出也取决于钢材料的性能。哈里什等人。[8]对经过CHT、SCT和DCT后的EN-31轴承钢样品进行了对比研究。研究发现SCT试样中存在等轴韧窝和平面，DCT试样中相对于CHT试样存在微裂纹和宽范围韧窝。刘浩怀等。[9]利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和x射线衍射(XRD)研究了CrMnB高铬铸铁的表征，由于碳化物的析出、马氏体转变以及深冷处理导致的细化组织，可以改善CrMnB高铬铸铁的表征[10］．金属的制冷以提高其性能通常分为浅低温处理，有时被称为零下处理，或基于处理温度的深低温处理(DCT)。Fadare等人。[11]研究了热处理对NST 37-2钢力学性能和显微组织的影响。本研究建立在实证研究的基础上，这意味着它来自实验和观察，而不是理论。热处理操作是控制加热和冷却速度，但也决定显微组织和晶粒尺寸。热处理的主要目的是通过改变金属或合金的组织来控制金属或合金的性能。哈里什等[12]对低温处理后的EN-31轴承钢进行了微观结构研究。选择轴承钢，对其进行低温处理，改善EN-31轴承钢的物理性能。处理前EN-31硬度为18 HRC未处理材料硬度较低。热处理后试样的硬度有所提高。Vadivel等人。[13]对低温处理涂层硬质合金刀片进行了性能分析。这种性能分析是从两个或多个碳化物的微观结构角度出发的。此外，在50倍放大的显微组织图像中，常规热处理和深冷处理有很大差异。特别是在晶界附近细小析出0.1 ~ 0.3微米的碳化物。张蒲涛等。[14作者报道了纳米晶体的团聚采用了改善SnO的润湿性2经过PM改性的ETL可产生晶粒尺寸更大的高质量钙钛矿薄膜，从而使冠军n-i-p PSC的功率转换效率(PCE)高达22.93%，且滞回可忽略不计。从上述文献调查中，可以观察到轴承钢的力学性能，如硬度。本文研究了EN-31轴承钢的各种热处理和冷处理的效果和显微组织分析及其对轴承钢硬度的影响。
化学成分
利用光学发射光谱(OES)对材料的化学成分进行了鉴定。此外，化学成分通过火花分析软件确定样品中元素的重量百分比。通常情况下，试验所用的试样按标准尺寸为圆柱形，直径为20mm，高度为10mm。本文用分光光度计在环境条件下对样品中的定量元素进行了测定表1。
| 元素 | C | 锰 | 如果 | 年代 | P | Cr |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 范围 | 0.95% - -1.10% | 0.25% - -0.40% | 0.15% - -0.35% | < 0.03% | < 0.03% | 1.40% - -1.70% |
表1。EN-31轴承钢的化学成分。
实验的程序
EN-31轴承钢样品按照ASTM标准进行各种力学测试。根据流程图，采用光学发射光谱(OES)对原料的组成进行了分析。研究中考虑的材料以直径6毫米的棒的形式获得。试验是针对不同处理分别进行的。然后按正交实验对样品进行常规热处理和深冷处理。随后进行了热处理硬度测试和显微组织研究。最后对显微组织进行了比较，并对显微组织对硬度的影响进行了研究。
常规热处理(CHT)
按照ASM标准中规定的程序对EN31轴承钢试样进行了常规热处理(CHT)。材料在850°C下硬化(奥氏体化)1小时，然后进行油淬，在200°C下淬火2小时后立即回火。常规热处理工艺流程如图所示图1所示。
图1:常规热处理工艺流程图。
图1本文介绍了马氏体钢的常规热处理过程，从所需温度850°C开始，采用了各种热处理工艺。马氏体钢在空气、油、水等淬火介质中的作用决定了钢的性能。此外，回火钢的性能取决于不同时间和温度下的快速冷却。在低温处理条件下，由于球体分散在材料中，马氏体钢表面变得柔软而具有延展性。在生产过程中，为了降低成本，钢铁材料的应用大多是珠光体和贝氏体性质。en31钢由于其明显的脆性，必须在马氏体组织进行回火。材料的显微组织和力学性能是由提高处理和碳化物在材料中的保留决定的。试样在热处理过程中表现出珠光体、贝氏体和马氏体等多种组织。退火、正火、淬火、回火和等温热处理常用于显著改变钢的表面性能。此外，表面固相强化也是材料性能所期望的。
深冷处理(DCT)
深冷处理是按照田口骨性关节炎的因子水平设置进行的。材料的化学成分应通过光学发射光谱来确定。然后，按照ASTM标准加工用于机械测试的样品，加工后的样品在850ºC下硬化1小时，然后快速油淬，并在A.C.I.CP-200vi深冷处理处理器(Applied cryogenic Inc.， Burlington, MA, USA)中按照田口正交阵列的要求进行处理。低温处理器由处理室组成，处理室通过绝缘软管与液氮罐连接。室内的热电偶感知温度，相应的比例积分导数(PID)温度控制器操作电磁阀调节液氮流量。液氮通过螺旋热交换器，以氮气的形式进入通向腔室底部的管道。气室顶部的鼓风机吸底部出来的气体，使其在气室内循环。采用深冷处理器的可编程温度控制器，按田口正交阵列设置深冷处理参数。DCT后制备样品2小时，通过往复硬度测试评估样品的性能特征。在实验期间，根据田口因子水平设置，每个测试进行三次重复。 The cryogenic processor consists of a treatment chamber, which is connected to a liquid nitrogen tank through an insulated hose. The thermocouple inside the chamber senses the temperature, and accordingly the Proportional-Integral-Derivative (PID) temperature controller operates the solenoid valve to regulate the liquid nitrogen flow. The liquid nitrogen passes through the spiral heat exchanger and enters the duct leading to the bottom of the chamber as nitrogen gas. The blower at the top of the chamber sucks the gas coming out at the bottom and makes it circulate inside the chamber. The programmable temperature controller of the cryogenic processor is used to set the cryogenic treatment parameters, as per the Taguchi orthogonal array. Following DCT, the samples were prepared for 2 h and the performance characteristics of the samples were evaluated by conducting a reciprocating hardness test. At the time of the experiment, as per the Taguchi factor-level settings, three replications were performed for each test. DCT Process factors and their levels were shown in表2和表3．
| 象征 | 因素 | 1级 | 2级 | 3级 |
|---|---|---|---|---|
| 一个 | 冷却速率(ºC /min) | 1 | 1．5 | 2 |
| B | 浸泡温度(ºC) | -130年 | -150年 | -185年 |
| C | 浸泡时间(人力资源)。 | 24 | 36 | 48 |
| D | 回火温度(ºC) | 150 | 200 | 250 |
表2。过程因素及其水平。
| Exp。不 | 冷却速度(A)(ºC /分钟) | 浸泡温度(B)(ºC) | 浸泡时间(C)(小时) | 回火温度(D)(ºC) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 1 | -130年 | 24 | 150 |
| 2 | 1 | -150年 | 36 | 200 |
| 3. | 1 | -185年 | 48 | 250 |
| 4 | 1．5 | -130年 | 36 | 250 |
| 5 | 1．5 | -150年 | 48 | 150 |
| 6 | 1．5 | -185年 | 24 | 200 |
| 7 | 2 | -130年 | 48 | 200 |
| 8 | 2 | -150年 | 24 | 250 |
| 9 | 2 | -185年 | 36 | 150 |
表3。正交数组。
试样制备及显微组织分析
当手工研磨时，试样应在纸上来回移动，以使磨损均匀。在磨削步骤之间，试样应旋转45O-90O。模压样品首先使用磨砂80,120,200,600,800的金刚砂纸进行抛光，然后在旋转的亚麻盘上进行抛光，最后使用氧化铝粉和水作为冷却剂在天鹅绒布上完成。抛光后，对成型样品进行显微组织分析。为了解释经CHT和DCT处理后EN-31轴承钢硬度的提高，进行了显微组织研究。样品按照ASTM E3-01进行金相检验。这些样品用2 vol% Nital蚀刻，并在空气中干燥。用金相显微镜在50倍放大下观察蚀刻样品的硬度变化。在标本的不同区域随机拍摄高分辨率数字显微照片。
化学成分
样品的测量值列在表中表4．化学分析的结果证实了EN-31轴承钢的化学成分。
| 元素 | C | 锰 | 如果 | 年代 | Ph值 | Cr |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 测量值 | 0.97% | 0.27% | 0.28% | 0.00% | 0.01% | 1.43% |
表4。EN-31轴承钢的化学成分。
根据以上化学成分测试结果，证明所选材料为符合BS 450 ASTM标准的EN-31合金轴承钢。
维氏硬度测试
从EN-31合金轴承钢的维氏硬度得到的结果如下所示表5．根据维氏硬度测试结果，采用正交试验法对常规热处理试样的硬度值与深冷处理试样的硬度值进行了比较。DCT试样的硬度明显提高。从表中可以清楚地看出原料的硬度较低。
| 过程 | Exp.没有 | 维克氏硬度的 | 的意思是 | ||
|---|---|---|---|---|---|
| 日元 | Y2 | Y3 | |||
| 十、 | 我 | 698 | 696 | 706 | 700 |
| 1 | 866 | 853 | 854 | 858 | |
| 2 | 850 | 845 | 843 | 846 | |
| 3. | 864 | 854 | 864 | 861 | |
| DCT | 4 | 851 | 839 | 850 | 847 |
| 5 | 838 | 837 | 840 | 838 | |
| 6 | 804 | 802 | 800 | 802 | |
| 7 | 850 | 857 | 863 | 857 | |
| 8 | 784 | 786 | 799 | 790 | |
| 9 | 846 | 864 | 846 | 850 | |
表5所示。en31轴承钢的硬度值。
与SCT和CHT样品相比，DCT样品的硬度最高。与CHT相比，DCT回火后的硬度提高了14%，低温处理回火后的硬度提高了13%。在所有情况下，未回火组织具有最高的硬度，但由于组织中可见的未回火马氏体的存在，材料更脆。马氏体是碳在铁中的高度过饱和固溶体。因此，回火应通过降低一定的硬度和抗拉强度来降低脆性，以减轻内应力，提高韧性和延性。它的结果是一个理想的硬度，延展性，韧性和结构稳定性的组合。在回火过程中，马氏体部位以细分化碳化物相的形式排斥碳。回火的最终结果是铁基体中碳化物的精细分散，其结构与原始淬火马氏体几乎没有相似之处。
微观结构分析
对EN-31轴承钢进行了显微组织分析，探讨了热处理提高轴承钢硬度的可能机理。从显微组织的角度比较了CHT和DCT试样的硬度值。CHT样本的显微图像如下(图2一个)．按照ASTM E3-01制备CHT样品进行金相检查。在20微米金相显微镜下对试样进行了研究，研究了影响硬度的变化。ht试样在回火马氏体基体上表现出大而细长的碳化物的不均匀分布，试样中保留了大量的奥氏体。CHT试样的平均硬度值为700hv。根据ASTM E3-01制备优化的冷冻处理样品进行金相检查。然后在OA中对实验1的冷却速率、浸泡时间、浸泡温度、回火温度等因素进行水平设置(表3)．之后用金相显微镜在20微米放大下对试样进行研究，研究影响硬度的变化。优化后的DCT样品的显微形貌如图所示图2 b．优化后的DCT样品-01的显微照片显示，残余奥氏体的数量显著减少，细次生碳化物的数量增加。低温下，残余奥氏体减少，回火马氏体增多;马氏体含量的增加导致细碳化物在整个组织中的分布更加均匀。优化后的DCT样品-01的硬度与CHT样品相比有较大的变化，其中细小碳化物析出和残余奥氏体向马氏体的转变。该样品的平均硬度值为858 HV，与CHT相比，硬度提高了18.43%。优化后的DCT样品显微图如下所示。根据ASTM E3-01制备优化的冷冻处理样品进行金相检查。然后在OA中对试样进行冷却速率、浸泡时间、浸泡温度、回火温度等因素水平设置表3．之后，在50倍的金相显微镜下对试样进行了研究，研究了影响硬度的变化。ht试样在回火马氏体基体上表现出大而细长的碳化物的不均匀分布，试样中保留了大量的奥氏体。CHT试样的平均硬度值为700hv。
图2:优化后的DCT样品在20微米处的微观结构。2 a。20微米时CHT样品上残余奥氏体的显微视图2 b。DCT样品20微米处残余奥氏体的显微视图2 c。20微米时CHT样品上片状颗粒的显微视图;2 d。DCT样品上片状颗粒在20微米处的显微视图
根据ASTM E3-01制备优化的冷冻处理样品进行金相检查。然后在OA表中对实验1的冷却速率、浸泡时间、浸泡温度、回火温度等因素进行水平设置。之后用金相显微镜在20微米下对试样进行研究，研究影响硬度的变化。优化后的DCT样品-01的显微图如下图所示。扫描电镜显微图像发现CHT样品的磨损碎片如图所示图2 c有较大的血小板和片状颗粒磨损，并进一步确定了颗粒尺寸，相对于优化的DCT样品较小。扫描电镜观察到，在显著加载条件下，DCT试样的磨损形貌比CHT试样光滑得多。此外，扫描电镜图像显示，与DCT样品相比，CHT样品中有更多的分层唇和较小的裂纹。优化后的DCT样品-01的硬度与CHT样品相比有较大的变化，其中细小碳化物析出和残余奥氏体向马氏体的转变。该样品的平均硬度值为858 HV，与CHT相比，硬度提高了18.43%。
扫描电镜观察到，在显著加载条件下，DCT试样的磨损形貌比CHT试样光滑得多。此外，扫描电镜图像显示，与DCT样品相比，CHT样品中有更多的分层唇和较小的裂纹。优化后的DCT样品-01的硬度与CHT样品相比有较大的变化，其中细小碳化物析出和残余奥氏体向马氏体的转变。该样品的平均硬度值为858 HV，与CHT相比，硬度提高了18.43%。
优化后的DCT样品-02的显微形貌如下图所示。根据ASTM E3-01制备优化的冷冻处理样品进行金相检查。然后在OA表中对实验2的冷却速率、浸泡时间、浸泡温度、回火温度等因素进行水平设置。之后，在50倍的金相显微镜下对试样进行了研究，研究了影响硬度的变化。该样品的平均硬度值为46，与CHT相比提高了17.23%。根据ASTM E3-01制备优化的冷冻处理样品进行金相检查。然后在OA中对实验-3的冷却速率、浸泡时间、浸泡温度、回火温度等因素进行水平设置(表3)．在50倍的金相显微镜下对试样进行了研究，研究了影响硬度的变化。
热处理后的DCT试样表明，碳化物具有良好的力学性能，这得益于二次碳化物的存在。有时表面被标记的条件是同质性;在处理过程中可获得较好的表面效果。对优化后的DCT试样进行显微观察，发现马氏体钢中存在细小的次生碳化物。将优化后的DCT样品-03与CHT样品进行了比较。该样品的平均硬度值为861 HV，与CHT相比提高了19.20%。根据ASTM E3-01制备优化的冷冻处理样品进行金相检查。然后对试样进行冷却速率、浸泡时间、浸泡温度、回火温度等因素水平设置，进行OA实验。在50倍的金相显微镜下对试样进行了研究，研究了影响硬度的变化。
优化后的DCT样品的显微照片显示，残余奥氏体的数量显著减少，细次碳化物的数量增加。低温下，残余奥氏体减少，回火马氏体增多;马氏体含量的增加导致细碳化物在整个组织中的分布更加均匀。优化后的DCT样品的显微形貌显示，碳化物分散在微观组织的均匀状态下。
此外，优化后的DCT样品-7与CHT样品相比，由于残余奥氏体转变为马氏体，硬度得到了提高。该样品的平均硬度值为857 HV，与CHT相比，硬度提高了18.40%。将优化后的DCT样品-08与CHT样品进行比较。该样品的平均硬度值为790hv，与CHT相比，硬度提高了13.45%。显微照片(图2 d)对优化后的DCT样品进行了预估，得到了残余奥氏体细次碳化物的百分比。在低温条件下，形成了细小的碳化物，并以封闭堆积的形式硬化。一些DCT样品显示在处理过程中碳化物呈均匀结构。此外，由于固相析出，碳化物具有较好的力学性能。
残余奥氏体向马氏体的转变主要是由于DCT试样表面细小碳化物的析出。最后，将优化后的DCT样品-09的硬度与CHT样品进行了比较。该样品的平均硬度值为850HV，与CHT相比，硬度提高了17.54%。
腐蚀行为
图3为1 mna中大部分CHT和DCT样品的动电位极化曲线2有限公司3.解决方案。可以看出，DCT的Icorr比CHT和SCT低(DCT的Icorr比CHT低一个数量级)，显示出更强的耐腐蚀性。在本实验中，取了三个被动状态的样品。
图3:1mna极化曲线记录2有限公司3.10mv /s的溶液用于大量的CHT和DCT样品。(注意:
图中所示的电流有移动的正极，是为了识别在相同电位下马氏体样品的低腐蚀倾向。此外，腐蚀峰以缓慢的方式识别所有三个样品的钝化行为。
有时将阳极扫描极限提高到2v(相对于Ag/AgCl2碱性线)，并观察到击穿电位几乎相同(约0.75 V)。通常情况下，碱介质在常规处理特别是深冷处理(DCT)下，马氏体材料的耐腐蚀性较低。然而，在腐蚀电流较低的情况下，CHT和DCT的样品钝化层形成的速度似乎比SCT的慢。
对于en52阀钢材料，初始条件下DCT试样的电位为-0.485 mV, CHT试样的电位为-0.54 mV。CHT试样的电势持续下降并达到一个稳定值，DCT试样的电势下降到1300秒左右，并在一定程度上增加并在最后趋于稳定。DCT标本电位的增加是由于再消毒效应;这可能是由于在马氏体组织中存在较多的碳化铬。从图421-4N阀钢在CHT条件下的初始电位为-0.195 mV，在DCT条件下的初始电位为-0.205 mV。两种试件的电位值均随时间不断减小，DCT试件最终达到稳定值;约1500s后，CHT试样电位增加，并达到稳定状态。OCP曲线电位值越高，表明en52 DCT和21-4N CHT试样的耐蚀性越高。两种材料的CHT和优化后的DCT试样的极化曲线如图所示图4和图5．腐蚀电位Ecorr和腐蚀电流Icorr由Tafel外推法确定，在正负两个方向上进行扫描。
图4:DCT样品正常腐蚀Tafel图。
图5:CHT样品正常腐蚀Tafel图。
EN-31轴承钢的硬度在CHT和DCT后几乎变化，这从平均维氏硬度测试中很明显。显微组织分析表明，细小碳化物的析出和残余奥氏体向马氏体的转变提高了硬度。DCT试样的硬度高于CHT试样。显微组织图像是在50倍的放大源下拍摄的，这是ct和DCT的区别。在CHT和DCT处理中发现了细小的碳化物。这是非常精细的自然，硬度适中。DCT似乎比CHT样品具有更高的耐腐蚀性。
［谷歌学者］
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