D0I:10.13374/i.issn1001053x.1991.s2.010 北京科技大学：学报 第13卷第5(1)期 Vol.13No.5(1) 1n91年9月 Journal of University of Science and Technology Beijing Sept.1991 重型钎杆用钢40 SiMnCrMoV 胡梦怡·洪纪林·董鑫业“李秀清… 摘要：在H2O和5%N2C1水溶液中以设泡试验用腐蚀增重和腐蚀失重法测量，并结合 机械性能进行分析，可以认为40 SiMnCrMoV钢完全可以代替40 SiMnMoV和40CrNi 3Mo钢制做重型仟杆。 关键词：重型钎杆，耐腐蚀性，浸泡试验 40SiMnCrMoV Heavy Duty Drill Rod Hu Mengyi Hong Jilin Dong Xinye Li Xiuging ABSTRACT:The imersion test was performed in H2O and NaCl 5%aqueous solution in order to measure the corrosion weight loss or weight gain of the steel.In combination with their mechanical properties,it is concluded that 40SiMnCrMoV steel can be substituted for 40CrNi3Mo or 40SiMnMoV steel in the case of heavy -duty drill rod, KEY WORDS:heavy-duty drill rod,corrosion resistance,immersion test 1983年接受治金部“高精度优质钎钢生产工艺的研究”课题，承担了重型纤杆用材质的 研究任务。1985年曾推出了40 SiMnMoV钢作为重型钎杆用钢，同时改进了渗碳工艺，测定 了寿命，并投入生产使用1。 然而，40 SiMnMoV钢制造的钎杆存在一定的缺点，如耐蚀性差(2)。本文研究了合金元 1991-06-13收稿 ·北京科技大学(University of Science and Tochnology Beijing) ··北京钢铁研究总院(Centra】Iron and St::c】Research Institute) ?
第 卷第 期 ，， 年 月 北 京 科 技 大 、 学 学 报 。 牙乌工 ‘ 一 一一 一 一 一 一 一 一 一 一一 声 一一 一一 一一 一 一 一 一一 一，一 一 ， 一一 一户，一一 丫 ，，‘ 一一一峨，，，户一 一一 ‘ 一一 一 ， 一 一 一一一 一一 一一 ， 一 一 一 ， 一一 一一 一 ， 一 ‘ 一一 一一 一一 ，内 ，，尸旧少 众 重型钎杆用钢 胡梦怡 ’ 洪纪 林 ’ 董鑫业 ‘ 李秀清” 润‘ 州 摘 要 在 和 水溶液中以浸泡试验 用腐蚀增重和腐蚀失重法 侧量 ， 并结合 机械性能进行分析 ， 可以 认为 钢完全 可以 代 替 ‘ 和峨 。 钢制做 重型 钎杆 。 关键词 重型钎杆 ， 耐腐蚀性 ， 浸泡试验 “ 夕夕‘ ” 夕 了 夕 ” 夕 纬 百 ， 五 一 一 ， ， 刁日口 年接受冶 金部 “ 高精度优 质钎钢 生 产工艺的研究 ” 课题 ， 承 担 了重 型钎 杆用 材质的 研究任务 。 年 曾推 出了 “ 钢 作 为重型 钎杆用 润 ， 同时 改进 了渗碳工艺 ， 侧定 了寿命 ， 并投入生产使用 ‘ ’ 。 然 而 ， 钢制造的钎杆存 在一定的 缺点 ， 如耐蚀性差 〔 〕 。 本 文研究 了合金元 一 一 收稿 娜口 北 京科技大学 北京钢铁研究总院 。 命︸ 帝 勺﹄论 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1991．s2．010
素的作用、合金的连续冷却动力学曲线以及力学性能等。 1实验方法 1,1钢的成分 试验用钢在60kg高频感应炉冶炼，其成分如表1所示。 表1钢的成分 Table 1 Chemical composition of this steel 钢种 Ma Cr Mo V Ni P 40SiMnCrMoV 0.411.33 1.21 1,11 0.51 ^.09 <0.002 ≤0.003" 40CrNi3 Mo 0.4C 0.430,791.95 0,54 3.1 ≤n.003 40SiMnMoV 0,401.40 1,45 .51 0.10 ≤0.005 ≤0.005 。设计值 1.2钢的热处理工艺 钢材在锻造后经过730℃，2h高温回火，加工成试样。试样又经过正火或调质处理。 40 SiMnCrMoV和40CrNi3Mo的正火工艺：加热到950℃，以30~60℃/min空冷至室温。 40 SiMnMoV钢高温回火温度为720℃，保温2h,炉冷。 1,3铜的临界点测定 临界点测定是在HTV型示差热膨胀仪上进行的，以3℃/min升温，并以40~60℃/min降 温，结果如表2所示。 表2钢的 临界点（℃） Table 2 Critical point of this steel (C) 钢种 Ac1 Ac3 Bs B: Ms 40SiMnCrMoV 762 845 455 290 未测 40CrNi3Mo 730 818 250 1-440 SiMnCr MoV钢的C.C.T曲线 使用日产Fermaston FTM-4型自动精密膨胀仪，直接绘出温度(T)和伸长(A1)一时间 (r)的关系曲线，如图1所示2该图所用40 SiMnCrMoV的成分为(%)C一040，Si一 1.38,Mn-0.90,Cr一1.04，M0一0.53，V一0.1，S-0.008。原始状态一轧态，奥氏体 化温度为900℃保温5min,晶粒度一8级。 1.5金相组织 试验用钢的正火组织和调质组织如图2所示。图2a为正火40 SiMnCrMoV.金相组织，主要 5符
素的作用 、 合 金的连续冷却动 力学 曲线以及 力学性能等 。 户 实验方法 钢 的成分 试验用钢在 高频 感应炉冶炼 ， 其成分 如表 所示 。 表 钢 的 成 分 叫阳 ‘ ‘ 以 ， 陈 ‘ ‘ 二 ‘ 二‘ ‘ ，一杏 子 性二 甘 咭 门目 不 曰 仍 ‘ 内州 巴 曰 口 钢 种 。 。 。 。 。 。 。 ‘ 。 。 。 叹 。 乓 。 内 。 ’ 。 设计 值 。 银的热处理工艺 钢 材在锻造后 经过 ℃ ， 高温回火 ， 加 工成试样 。 试样又经过 正火 或调质处理 。 。 和 的正火工艺 加热到 ， ， 以 一 ℃ 空冷至室温 。 钢高温回火温度为 ℃ ， 保温 五 ， 护冷 。 。 钥的 临界点翻定 临 界点 侧定是在 型示差 热膨胀 仪上进行的 ， 以 ℃ 升温 ， 并 以 一 ℃ 降 温 ， 结果如表 所示 。 表 钢 的 临 界 点 ℃ ℃ 钢 种 月 居 未 洲 ‘ 眺 钢的 曲线 使用 日产 “ ， “ “ 一 型 自动精密 膨胀仪 ， 直接绘 出温度 和伸长〔」 厂时 间 仃 的 关系曲线 ， 如图 所示 。 该 图 所 用 的 成 分 为 肠 一。 一’‘ ， 一 ， 一 ， 一 ， 一。 万 ， 一。 ， 一 。 原始状态一 轧 态 ， 奥 氏 体 化温度为 ℃ 保温 ， 晶粒 度一 级 。 金相组织 试验 用钢 的正火组 织和调 质祖织如图 所示 。 图 为正火 ‘ 金相组 织 ， 主要 荟考
为马氏体+上贝氏体+下贝氏体+我余奥氏体。图2b为正火0 CrNi,Mof钢的金相组织，主 要为马氏体+少是下贝氏+残余奥氏体。图C为40 SiMnCrMoV调质组织，主要为回火素氏 原始状态轧制 奥氏体化900℃ 5分 品粒度：8 900 TTIIn 800 700 A 600 500 400 300 3=264℃ 200 A- 64603 495 100 4020 10:5 0.5 0.C5 0.510° 10 102 10 104 Time/s 1钢的连续冷却转变曲我 Fig.1 The curves of continuous cooling transformation of the steel (C.C.T.curve) 20n 图2金相照片 (a)正火40 SiMnCrMoV (b)正火40CrNi3Mo (c)调质40 SiMnCrMoV Fig.2 Microstructure of 40SiMnCrMoV steel (a,c)and 40CrNi3Mo stee 1 (b) 54
为马氏体 上贝氏体十 下 贝氏体 残余奥氏体 。 图’ 为正火 。 钢的 金 相组 织叮 主 要为马 氏体 少 量下 贝氏 十 残 余奥氏体 。 图 为 蛇 调 质组 织 ， 主要 为回火索 氏 原始状态 轧制 奥 氏体化 ℃ 分 晶粒 度 卜 拼 全淡资、 、 ，几气 京获 日日耳刁板 奋 ’‘，叼尧闷日旅过 ， 、 气、 、 一 一沐 日一 门 丈、 、 、 气 润 目 仁性 、 习呀邵不火 汽水湮 飞 … … 、又 ’、 义 、 、 飞飞、 炭 入 纵特、 万州分一卜寸 扩异 。 、 、 、 一 ， 尸州 钱片 、 习片一… 一 一 …一 了 习 二州尸黔 刊日冷 份 、 、 、 、祝…一 飞 不 、 平 一 一 了 、 泄 仁 一 一 飞爹叶 朱井 飞 …一 一 逸声 尹丫… 一 … 一几 … 一 ， 日，口 」 。 一 仁 、 土 入了。 二 弃 “ 以 国炙科一 ，与 、 浅耳 了 一刃 一 卜 口 口 。 一 吧 上 节 淤琳嗽 一多 巨 ， 当 上 二 … 一 、 一 ， … … 弓 日 至 明汽 呵 乡 日‘，产 ，’， 石 一 川 业 一 自 一 一 一 卜 一 户 洲 “ ’ ， 多 、 ‘…业 。 多‘ 叮 二且 一 主二 二泣 上 匕 一 扮扩 图 钢 的 连续冷却转变曲线 丁 。 羹热摇 黔 正 火 、 心 血 洲价丫 一 淤单孤班公下嗡赞鹭气抓益 礴 健 图 金相 照 片 正 火 」 ， 调 质盛 订公 气 熟
图8二级复型照片 (a)正火40 SiMnCrMoV(b)正火40 SiMaCrMoV(c)调质40 SiMnCrMoV·(d)调质40CrNi3Mo Fig.3 TEM pbotograph of 40SiMnCrMoV (a,b,c)and 40CrNi3Mo Steel (d) ,t 体。图3为电镜二级复型照片。 2试验结果及分析 2,1强度试验 结果如表4所示。 比较表4正火状态的40 SiMnCrMoV钢c。.2与40 SiMnMoV钢相差不大，比4 CrNi3Mo 钢少238MN/m2。而，值却比40S:MnMoV稍大，比40CrNi3Mo钢少246MN/m。但塑性指 标显然40 SiMnMoV钢为最好，而40CrNi3Mo最差。 其原因可能是40 SiMnCrMoV比40 SiMnMoV钢增加了1%左右的淬透性元素Cr,过冷奥 氏体比40 SiMnMoV钢稳定，所得的马氏体组织比40 SiMnMoV钢较多。从电镜观察两者所得 55
彝龚终 蘸妇 鑫纤幸瀚嘿鹭 黝 巍 撇擞淤 黔 耀 薰 舞属礁 图 二 级复型 赚片 、 正火 正火 调质 丫 飞 · ” 迁 ， ， 凌 〔 调质谁 体 。 图 为 电镜二级复型照 片 。 试验结果及分析 厂 强 度试验 「 、 洲 结果如缸 所斌 比较表 正火状态 的 ‘ 钢 『。 ，与 妞 ” 钢相 差不 大 ， 比 给 。 钢 少才 。 而『 值却 比 、 稍大 ， 比 。 钢少 “ 。 但塑 性 指 标显然 钢 为 最好 ， 而 。 最 差 。 其原 因可能 是 比‘ ” 钢 增加 了 丰 左右 的淬透性元素 ， 过冷奥 氏体比 钢 稳定 ， 所 得的马 氏体 组 织比 ‘ 钢 较多 。 从电镜观察两者所得
表4强度及硬度值 Table 4 The strength and hardness of experimented steel 钢种 工艺 00.2 MN/m2 oMN/m2 % 6% HRC 40SiMnCrMoV 正火 1011,05 1503.40 20.18 6.12 43 40CrNi3Mo 正火 1249.33 1749.25 2.91 2.90 56 40SiMnMoV 正火 1060.36 1366,32 41,50 16.06 43 40SiMnCrMo 调质 699,80 854.87 56.11 16.11 21 40CrNi3Mo 调质 519.78 1032.16 41.66 12.90 27 的下贝氏体含量亦不一样，以40 SiMnCrMoV较多。但从硬度试验来看，两者硬度值基本一 致，所以，两者组织均以下贝氏体为主，只是数量上稍有差别而已。 上列数据亦符合低合金钢的a。=K·HB公式，无论正火态和调质态的硬度值，40CNi3Mo 均大于40 SiMnCrMoV和40 SiMnMoV,放前者抗拉强度比后两者为高。 从n·gg=常数可以看出，40 SiMnCrMoV和40 SiMnMoV的oa.2值均比40CrNi3Mo为 低，所以它的硬化指数要高，即硬化能力强，而硬化能力反映了拉伸时缩颈形成以前的最大 均匀变形，所以40 SiMnCrMoV的延伸率比40CrNi3Mo要大。 2.2冲击试验 冲击试验结果为ak(J/cm2): U型缺口 V型缺口 40 SiMnCrMoV(正火) 76 33 40CrNi3Mo(正火) 55 23 40 SiMnMoV(正火) 74 36 40 SiMnCrMoV(调质) 138 90 40CrNi3Mo(调质) 68 37 冲击值基本上是强度和塑性两者的函数，40 SiMnCrMoV的a4值和40 SiMnMoV基本一 样。40 SiMnMoV的Si、Mn含量均较40 SiMnCr MoV稍高，但差别甚少，因而反映在强度、 塑性和冲击韧性上基本在同一水平。40CrNi- 3Mo钢由于Ni元素的存在，且含量高达3.1%。 N可以无限互溶方式存在于y相中，正火后大 部存在于a-Fe内，随着Ni含量的增加，冲击 韧性值下降。而40 SiMnCrMoV钢由于Si、Mn 的同时存在，且它的含量均在>1.2%左右， 故该钢正火和回火状态下的韧性都得到不断改 图4二级碳复型照片40 SiMnCrMoV冲击 善，因而其冲击值均比40CrNi3Mo为高。 试样断口形貌，有明显韧窝 从冲击试样透射电镜的断口形貌中可以观 Fig.4 TEM Photograph impact 察到40 SiMnCrMoV钢为韧性断口，见图4。 fractography 56
表 强 度 及 硬 度 值 钢 种 工 艺 口 口 正火 正火 正 火 。 别 。 。 。 王 。 。 。 。 。 。 。 。 调质 调质 。 。 。 。 。 。 。 。 的 下 贝 氏体含量亦不一样 ， 以 较多 。 但从硬 度试验 来看 ， 两者硬 度值 基 本 一 致 ， 所 以 ， 两者组 织均以 下贝氏体为 主 ， 只是数 量上 稍有差别 而 已 。 上 列数据亦符合低合金钢 的 ‘ 、 · 公式 ， 无 论 正火态和调 质态 的硬 度值 ， 均 大于 、 和 ， 故前者抗拉强 度 比后 两 者为高 。 从 · ， 。 常数 可 以 看 出 ， 和 的“ 。 值 均 比 为 低 ， ， 所 以 它 的硬 化指数要高 ， 一 即硬化能 力强 ， 而硬 化能 力反 映 了拉伸 时缩颈形 成以前的最大 均 匀变 形 ， 所 以 的延伸 率比 要大 。 冲击 试验 冲击试 验结果 为 正火 正 火 正火 调 质 调 质 型 缺 口 型 缺 口 冲击值 基本上 是强度和 塑性 两 者的 函数 ， 样 。 理 的 、 含 量均较 稍 高 ， 但 差别甚 少 ， 因而 反映 在强 度 、 塑性和 冲击韧 性上 基 本在 同一水 平 。 理 钢 由于 元素 的存 在 且 含量高达 。 可 以 无限 互 溶方式存 在 于夕 相 中 ， 正 火 后 大 部存 在于 一 内 ， 随着 含量的增加 ， 冲击 韧 性值 下 降 。 而 钢 由于 、 的 同时存 在 ， 且 它 的含量均 在 。 左 右 ， 故 该钢 正火和 回火状态 下 的韧 性都得 到不 断 改 善 ， 因而其 冲击值 均比 为高 。 从 冲击试样透射 电镜的断 口形貌 中可 以观 察 到 钢 为韧 性断 口 ， 见 图 。 图 二 级碳 复型 照 片 冲击 试 样断 口形貌 ， 有 明 显 韧 窝 呈 多 唇尽
2.3断裂韧性 采用平面应变断裂韧性8点弯曲标谁试样进行K1c试验，结果如下： 40SiMnCrMoV 正火 K1c209.00kgmm-8/2 40CrNi3Mo 正火 Krc182·46kgmm-3/2 40SiMnMoV 正火 K1c257.05kgmm-3/2 其中40 SiMnMoV钢的断裂韧性值是采用紧凑拉伸试样测得，可能因裂纹开得稍短，销 钉强度等问题有一定误差，但仍不失参考价值。 从上列数据看出，40 SiMnCrMoV和40 SiMnMoV的断裂韧性均在200kg·mm-3,2以上， 数值较高，可能是由于Mo、V在钢中形成特殊碳化物，阻碍晶界移动，从而使晶粒细化，增加 1/2 了裂纹失稳扩张的消耗能量的缘故。根据K1c=2,2〔0：(C,一20）〕 （式中单位均为 英制)其中Cv为夏氏V型冲击试样的冲击值ts),Cv低而Ki亦低，40CNi3Mo的Ka值必 然比40 SiMnCrMoV和40 SiMnMoV为低。 从金相组织的来看，40 SiMnCr MoV和40 SiMnMoV均为马氏体+贝氏体和残余奥氏体， 40 SiMnCrMoV的谇透性高于40 SiMnMoV,其贝氏体含量亦少于40 SiMnMoV,故其断裂韧性 值低于40 SiMnMo V,而40CrNi3Mo钢正火主要是以马氏体为主，加上少量贝氏体和残余奥 氏体，由于多量的马氏体存在第二类内应力较大，循环韧性不好，所以40CN3Mo的K1c 较40 SiMnCrMoV和40 SiMnMoV为低。 图5为40 SiMnCrMoV和40CrNi3Mo钢断裂韧性断口的电镜照片，可见40 SiMnCrMoV的韧 窝断口和40CrN3Mo的脆性断口，并有明显裂纹。 图5扫电镜照片 (a)正火40 SiMnCrMoV (b)正火4 oCrNi3Mo Fig.5 SEM Photograph of 40SiMnCrMoV and 40CrNi3Mo steel 2.4弯曲疲劳试验 试样加工成中7.5nm×226mm,经900℃加热后于钢罐中冷却，试验在PQ-6型弯曲疲劳试 验机上进行，最大弯曲力矩为60Nm,试验机转速为3×103r/min,应力比R=1,在室温空 气介质中工作。图6为疲劳S-N曲线。 57
断 裂韧 性 采用平面应变断 裂韧 性 点弯曲标 准试样 进行 试验 ， 结 果 如 下 正火 · 一 “ “ 、 正火 。 · · 一 “ ’ 、 正火 尤 。 · 一 ， “ 其中 钢 的断裂韧 性值是采 用 紧凑拉伸试样 测得 ， 可能 因裂纹 开得稍短 ， 销 钉强度等问题有一定误差 ， 但仍不 失参考价值 。 从上 列数据看出 ， 和 的断裂韧 性均在 · 一 “ ‘ ，以上 ， 数值较高 ，可能 是由于 。 、 在钢 中形成特殊碳化物 ，阻碍 晶界移动 ，从而使晶粒细化 ， 增加 ， 二 。 小 ，。 ， ，、 。 ， ， 。 娇 、 。 ， 。 二 厂 ， ， 一 冬、勺 式 中单位均 为 了裂纹失稳扩张 的 消耗能 量 的 缘故 。 根据八 ， 一 二 乙 舀 狡 。 “ 气仙 一 『 夕 、 八 甲 举 件门 ， 英制 其中 为夏 氏 型 冲击试样 的 冲击值 〔 ” ’ ， 低而 。 亦低介。 的 灌必 然 比 和 为低 。 从金相组织的来看 ， 和 均为马 氏体 十 贝 氏体和残余奥 氏体 ， 的淬透性高于 ， 其 贝 氏体含量亦 少于 ， 故其断裂韧 性 值 低于 ， 而 治 。 钢 正火主要是以马 氏体为主 ， 加上少量 贝氏体和残余奥 氏体 ， 由于多量的马 氏体存 在第二类内应力较大 ， 循环韧 性不 好 ， 较 和 为低 。 图 为 。 和 钢 断裂韧 性断 口 的电镜照 片 ， 窝断 口和 。 的 脆性断 口 ， 并有 明显裂纹 。 兴挑器嫩戮瓣藻馨粼葬娜递端巍燕滋麟燕撒撒巍默瀚 一 攀扮乏粼撇掇薪魏 麟裁粼 所 以 咨 的 、 。 可 见 的 韧 正火 魂 扫描电镜 照片 正火 。 凌 丈 弯 曲疲 劳试 验 试样加 工 成中 义 ， 经 ℃ 加热后 于钢 罐 中冷却 ， 试 验在 一 型 弯曲疲 劳试 验机上进行 ， 最大 弯 曲力矩为 · ， 气介质中工作 。 图 为疲劳 一 曲线 。 试 验机转速为 “ 动 ， 应 力 比 二 ， 在 室温空 乒了
785a 392 7-5 353 735 314 667 275 三6的7MPa 235 0-1=216HPa 628 1=6181 588L 196 104 105 106 107 157 103 106 107 图6S-N曲线因 40 SiMnCrMoV:1-室温大气，2-滴水介质 0CrNi3Mo:3-室湿大气：4-濟水介质 Fig,6 S-N ,curyes in atmosphere and water drop for 40SiMnCrMov (curves 1 and 2)or 40CrNisMo (curves 3 and 4) 从图？可以看出，无论是40 SiMnCrMoV和 53e 40 SiMnMoV.在空气介质中的弯曲疲劳极限o-1 490 均远高于在水介质下的弯曲疲劳，极限。正火 392 状态下40 SiMnCrMoV的弯曲疲劳极限o-1比 6 40CrNi3Mo为好，比40 SiMnMoV钢的-1更 294 好。但对于过负荷持久值来说，40CrNi3Mo 196 00- 103 106 10 又比40 SiMnCrMoV钢为高，比40 SiMnMoV 钢更好，可以看出无论是过负荷情况还是正常 情况的弯曲疲劳值，4 0SiMnCrMoV是完全可以 图740 SiMaMoV在空气介质下的S-N曲线 Fig.7 40SiMnMoV S-N curve in 代替40 SiMnMoV的。 atmosphere medium 2.5接触疲劳试验 滚压接触疲劳试验是依照洛阳工学院接触疲劳极限的快速测定法c3)在JPM-1型试验机 上进行的。试验条件是初砝码47Kg,每隔10min加1Kg,转速为2000r/min,纯滚动无滑 差，工作温度20~40℃，试样尺寸为中C0mm±0.02nm,接触宽度为L=5一6mm,试样经 正火后冉经高频表面淬火+200℃低湿回火1h。共做了各4对试样，结果如表5所示： 40SiM1MoV钢的g1i.为1981MN/m2,高于40 SiMnCrMoV和40CrNi3Mo,其原因可 表4接触疲劳数据 Table 4 Contact fatigue strength test 材 料 clim(MN/m2) 平均值(MN/m2) 40SiMnCrMoV 1138,1599,794,784 1079 40CrNi3Mo 1991,1422,431,117 1236 58
︸。、。 人 聋 引 、 “ 火 考马 飞 邻 户 议炭 炭生。减曰 “ ’ 娜 旧 百 图 夕 方 曲经璐 “ 一 室沮大气 ， 一 滴水介质 。 一 室谧大气， 卜 演水介质 尸梦 、 “ “ 一 · “ ’ ， ‘ “ “ ’ 平 ，瞥 竺 了 ‘ ， ’ ，” “ ， ，几 ， ‘ 。 ” 飞 “ “ 丫 ’ ‘ ， ” “ ” ‘ ” 。 ‘ 哎 」 ， 习口· 丛图 可以看 出 ， ‘ 无论是 ‘ ” 弄 “ 和 薰嚣薰器薰黔、 碑 为好 ， 比 钢的 一 更 好 。 但对于过 负荷持 久值 来 说 ， 。 又比 钢 为高 ， 比 钢 更好 ， 可 以看出无论是过负荷情况还是正常 情 况的弯 曲衰劳值 ， 是完全可以 代 替 的 。 日厂 ’ ’ · ’ 脚跳 田 礴 从 在空气介质下的 一 曲线 宜 。 了 一 。 王 。 接 触疲 「 劳试验 滚 压接触疲 劳试验是 依照 洛阳工学院接触 疲 劳极限的快速测定法 ‘ “ ’ 在 一 型试验机 上 进行的 。 试验 条件是初珐码 。 ， 每隔 加 ， 转速为 ， 纯滚动无 滑 差 ， 工作 温度 一 。 ℃ ， 试 祥尺 寸为 帖 土 。 ， 接触 宽度 为 一 ， 试样 经 正火 后 再经高频 表 面淬火 十 ℃ 低 温回火 。 共做 了各 对 试样 ， 结 果 如表 所示 钢 的 ， 为 ， 高 于 和 ， 其原 因可 表 接 触 疲 劳 数 据 曰‘ ， 一一 一 抽‘ ‘ ‘ 曰 ‘ ‘ 目 ‘ 创 幽目， ‘ 一 曰 一 一一 ‘ 一 一 一一 一 ‘ ‘ ‘ 一一 叫 一 一一一 目 一 ‘ ‘ ‘ ‘ 一曰峪卜，一 ‘ ‘ 曰‘ ‘ ︸﹄ 材 料 口 一 平均 值 ， 一 ， ， ， 一 一 一 一一一一一 钾
能是前者高频谇火层深度不同而引起，另外40CNi3Mo钢在机加工时就发现了裂纹，使整 个011值均趋于偏低。 2.6腐蚀试验 先将3种钢加工成片状，测量其表面积，并将试样分别放在万分之一天平上称其原始重 量，然后将试样悬挂在自来水和5%NaCI水溶液中浸泡（水溶液的PH值分别为7和8）。1 个月后取出千燥后再称重量，此为腐蚀增重法4)。 由于增重法所得氧化膜在称量时易于脱落，影响数据的准确性，第2次即采用腐蚀失重 法来测量其腐蚀程度。具体做法是将浸泡1个月后取出的试样放入0%盐酸水溶液中洗去氧 化膜，并用80%六次甲基四胺水溶液中和后，烘干，再次用万分一天平称重。无论是用增重 法还是失重法的全浸试验，40 SiMnCrMoV锅的耐腐蚀性都比40 SiMn MoV钢要好。但总不 及40CrNi3Mo钢。这显然是因后者缺少Si和Mn元素而又增加了Ni元素的缘故。同样也可看 出，在水中的腐蚀性能均高于在5%NaCI水溶液中的耐腐蚀性。 27低温回火脆性试验 从上述性能试验来看，40 SiMnCrMoV性能除接触疲劳试验数据只作参考以外，其余性 能均高于40 SiMnMoV,可作为重型钎杆材质应用。在做为钎杆时，无论是高频表面谇火、中频 表面淬火，或渗碳淬火均需经过低温回火处理。如以上200~250℃回火即发现心部可能太顶， 在凿岩时易断，若提高回火温度又怕产生低温回火脆性区，反而更脆。为此，又做了低温回火脆 性试验。具体做法是先加工成V型缺口的冲击试样，再将试样在950℃加热谇水，然后于不同温 度回火h空冷，测其冲击韧性值，并在低温回火脆性温度取试样做透射电镜试验，观察其组 织，具体结果：低温回火脆性区在400℃附近，这主要是材料中含有S的缘故，至使回火脆 性温度范围提高，这样在淬火后于300~350℃范围内回火也不至使韧性降低使钎杆发生脆 断，图8为400℃和420℃时的电镜组织，明显可看出回火马氏体边界上存在渗碳体。这正是 产生低温回火脆性的原因所在。 32001房8839 59
能是前者高频淬火 层深 度不伺而 引起 ， 另外 送 。 钢 在机加 工时就发现了裂纹 ， 使整 个， 。 值均趋 于偏低 。 腐蚀 试 验 先将 种 钢加 工 成片状 ， 测 量其表 面积 ， 并将试样分 别放在万分之一 夫平上 称其原 始重 量 ， 然后将试样悬 挂在 自来水和 水 溶液 中浸泡 水 溶液的 值分别为 和 。 个 月后取 出干燥 后 再称重 量 ， 此 为 腐蚀增重 法 〔 ‘ ’ 。 由于增重 法所 得氧 化膜在称量时 易于脱落 ， 影响数据的 准 确性 第 次即采 用 腐蚀失重 啥来测 量其腐蚀程 度 。 具 体做法是将 浸泡 个 月后取 出的试样放 入‘ 盐 酸 水 溶液 中洗去 氧 化膜 ， 并用 曲 六次 甲基 四按 水 溶液 中和 后 ， 烘干 ， 再 次用万分 一 天平称 重 。 无论是 用增重 法还是失重 法 的全浸试 验 ， 迁 钢的耐腐蚀性都比 钢 要好 。 但 总不 及 。 钢 。 这显 然是 因后 者缺少 和 元素而 又增加 了 元素的缘故 。 同样 也可 看 出 ， 在水 中的 腐蚀 性能 均高于在 写 水溶 液 中的耐 腐蚀性 。 低 温 回 火脆 性试 验 从上 述性能试验 来看 ， 性能 除接触疲 劳试 验数据只作参考以外 ， 其 余性 能 均高 于 “ ， 可 作 为重型 钎杆材质应 用 。 在做 为钎 杆 时 ， 无 论是高频表 面淬火 、 中频 表 面淬火 ，或渗碳淬 火均 需经过 低温 回火 处 理 。 如以上 一 ℃ 回 火 即 发现心部可 能 太硬 ， 在凿岩时 易断 ， 若 提高回火温度又怕产生低温 回火脆性 区 ， 反而 更脆 。 为此 ， 又 做 了低温 回火脆 性试验 。 具 体做法 是先加 工 成 型 缺 口 的 冲击试样 ， 再将试样 在 ℃ 加 热淬水 ， 然后 于不 同温 度回火 空冷 ， 测其 冲击韧 性值 ， 并在低温 回 火脆性温度取试 样 做透射 电镜试验 ， 观察其组 织 ， 具 体结果 低温回 火 脆性 区在 ℃ 附近 ， 这 主要是材料 中含有 的缘 故 ， 至使回 火 脆 性温度范 围提高 ， 这样在淬火后于 一 ℃ 范围 内回火 也不 至使韧 性降低使钎 杆 发 生 脆 断 ， 图 为 ℃ 和 ℃ 时 的 电镜组织 ， 明显可 看出回火 马 氏体边 界上存 在渗碳体 。 这正 是 产生 低温 回火脆性 的原 因所在
5a053188g3 5a0069n29 图8透射电就照片 (a)正火+400C回火（明场） (b)正火+400C回火（暗场） ·(c)正火+420C回火（明场） (d)正火+20°C回火（略场） Fig.8 TE M photograph of 40SiMnCrMoV Steel 3结 论 (1)40 SiMnCrMoV和40 SiMn MoV钢与40CrNi3Mo3种钢正火状态的组织，前两者为 马氏体+贝氏体+少量残余奥氏体，后者为马氏体+少量贝氏体+残余奥氏体。强度均不及 后者为好，但塑性、韧性特别是断裂韧性比40CrNi3Mo为高。 (2)弯曲疲劳极限r-1,40 SiMnCrMoV比40CrNi3Mo和40 SiMn MoV都高，但过载疲 劳却以40CrNi3Mo为好。 (3)从耐腐蚀性能来看，以40CrNi3Mo为最好，40 SiMnCrMoV次之，40 SiMnMoV更 次。 总之40 SiMnCrMoV是完全可以代替40 SiMnMoV钢制做重型钎杆，经过高频或中频表面 淬火投人使用的。 参考文献 1 胡梦怡，董鑫业.特殊钢，北京：治金工业出版社，1985，(6)：1~10 2肖纪美·国外金属材料，1977，(2)：5 3邵尔玉，康秉光.洛阳工学院学报，1982，(1)： 4 Edgan C,Bain and Horold W Paxton..北京钢：中的合金元素作用，中国工业 出版社，1966 60
图 透射 电镜 照 片 正火 回火 明场 正火 回火 暗 场 正火 回 火 明 场 正 火 回 火 日音场 丁 凌 九 结 论 、 、 、 和 钢 与 种 纲正火状态的组 织 ， 前 两 者为 马 氏体 贝 氏体 少 量残 余奥 氏体 ， 后 者为马氏体 十 少 量贝氏体 十 残 余奥 氏体 。 强 度均不 及 后者为好 ， 但 塑性 、 韧 性特别 是断裂韧性比 ， 。 为高 。 弯曲疲劳 极限 火 ， ， 比 吐 和 都高 ， 但过载 疲 劳却以 为好 。 从耐 腐蚀性能 来看 ， 以 为最好 ， 次之 ， 连 更 次 。 总之 是完全可 以代替 钢 制做重型钎杆 ， 经过 高频 或中频表 面 淬火投 人使用的 。 参 考 文 献 胡梦怡 ， 董鑫业 特殊钢 ， 北京 冶 金工业 出版社 ， ， 肖纪美 · 国外金属材料 ， ， 邵 尔玉 ， 康秉光 洛 阳工 学院 学报 ， ， ， 北京钢 中的 合 金元素作用 ， 中国工业 出版社