一種檢測20CrMnTi鋼組織構(gòu)成及含量的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種快速檢測20CrMnTi系列鋼（簡稱：20CrMnTi)實施淬火工藝后的 內(nèi)部組織構(gòu)成及相關(guān)組織含量的方法，屬于金屬熱處理檢測方法技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 20CrMnTi是一種性能良好的滲碳鋼，其淬透性較高，經(jīng)淬火工藝處理后具有硬而 耐磨的表面與堅韌的心部，具有較高的低溫沖擊韌性和較好的焊接性能，正火后可切削性 良好，被廣泛應(yīng)用于齒輪，軸類，活塞類零配件以及汽車，飛機各種特殊零件部位。
[0003] 對于工藝技術(shù)人員而言，距淬火表面以下9mm和15mm處的淬透性能是他們十分關(guān) 心的結(jié)果，它能夠很好地反映出20CrMnTi淬透性能的整體效果。通常，20CrMnTi的淬透性 能指標(biāo)主要由其淬火區(qū)域內(nèi)的硬度和內(nèi)部組織的種類和相應(yīng)含量所決定，而淬火區(qū)域的硬 度通常也是由該區(qū)域的組織構(gòu)成和相關(guān)構(gòu)成比例決定的。因此，在生產(chǎn)過程中或是工藝研 發(fā)過程中，及時確定20CrMnTi淬火表面以下9_和15_位置處的組織構(gòu)成及相關(guān)含量，對 于技術(shù)人員及時了解該鋼種的淬火效果，并針對該鋼種開展相關(guān)的淬火工藝優(yōu)化具有十分 重要的意義。
[0004]目前技術(shù)人員確定20CrMnTi實施淬火工藝后內(nèi)部各類組織構(gòu)成及含量的主要方 法是物理檢測法，即：首先對20CrMnTi的淬火區(qū)域進行取樣處理，通過切割、打磨、拋光、腐 蝕等一系列操作，制備出合適的金相式樣；然后利用金相顯微鏡對金相試樣切面上的組織 進行觀察，根據(jù)組織的形態(tài)，再結(jié)合著鋼中化學(xué)成分的含量以及淬火工藝等輔助數(shù)據(jù)，分析 出組織的種類；然后在此基礎(chǔ)上，利用灰度法，分析出相應(yīng)組織的含量。
[0005] 物理檢測法盡管能夠分析出20CrMnTi淬火區(qū)域的組織種類及含量，但該種方法 實施起來較為繁瑣，且分析周期較長，因此往往不能夠滿足生產(chǎn)現(xiàn)場優(yōu)化工藝的需要。此 外，檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性往往還會受到金相式樣制備質(zhì)量的制約，因此該方法對技術(shù)人員的 制樣水平要求較高。
[0006] 由于目前的檢測方法不能生產(chǎn)快速發(fā)展的需求，制約了20CrMnTi熱處理工藝的 優(yōu)化，十分有必要進行改進和創(chuàng)新，有效提高20CrMnTi熱處理工藝的水平。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種檢測20CrMnTi鋼組織構(gòu)成及含量的方 法，這種檢測方法無需通過相應(yīng)的淬火試驗，即可快速檢測20CrMnTi系列鋼實施淬火工藝 后的內(nèi)部各類組織構(gòu)成及相關(guān)組織含量，這種方法主要考慮了20CrMnTi中重要化學(xué)成分 與實施奧氏體化工藝后的鋼中晶粒度等級（簡稱：晶粒度等級）和淬火前的奧氏體化溫度 (簡稱：奧氏體化溫度）之間的交互性作用對20CrMnTi系列鋼實施淬火工藝后的組織種類 及含量的影響，從而精確得出20CrMnTi系列鋼實施淬火工藝后距離淬火表面分別為9mm和 15_位置處不同組織的含量，再根據(jù)相關(guān)組織含量的大小，確定該組織的存在。
[0008] 解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是：
[0009] -種檢測20CrMnTi鋼組織構(gòu)成及含量的方法，它采用以下步驟進行：
[0010] 1.利用直讀光譜儀對20CrMnTi系列鋼中的C、Si、Mn、Cr、Ti元素的質(zhì)量百分含量 進行精確測定；
[0011] 2.對20CrMnTi晶粒等級進行評估，評估方法采用以下兩種之一：
[0012] (1)利用金相顯微鏡對試驗鋼內(nèi)部的晶粒尺寸進行檢測，并根據(jù)檢測結(jié)果，按照 ASTME112-77標(biāo)準(zhǔn)，得到相應(yīng)的晶粒度等級；
[0013] (2)將試樣奧氏體化的溫度和保溫時間信息傳輸入20CrMnTi鋼淬透性硬度檢 測系統(tǒng)中，根據(jù)內(nèi)部的晶粒尺寸模型，得出相應(yīng)的晶粒尺寸，并根據(jù)晶粒尺寸的大小，按照 ASTME112-77標(biāo)準(zhǔn)，得出20CrMnTi鋼的晶粒度等級，其晶粒尺寸模型為：
[0014]
[0015] 式中：D為奧氏體晶粒尺寸，mm ;T為加熱溫度，°C ;t為加熱時間，s ;
[0016] 3.將檢測得到的20CrMnTi鋼中C、Si、Mn、Cr、Ti元素的質(zhì)量百分含量以及該鋼種 實施奧氏體化工藝后的晶粒度等級、奧氏體化溫度代入到20CrMnTi系列鋼淬火區(qū)組織種 類及含量檢測系統(tǒng)中，根據(jù)其內(nèi)置的組織含量檢測模型，計算出與上述輸入?yún)?shù)相關(guān)的距 淬火表面9_和15_處的各類組織含量；
[0017] 4.根據(jù)所計算出的各類組織的質(zhì)量百分含量結(jié)果，最終確定此類組織是否存在， 即：當(dāng)某類組織的質(zhì)量百分含量結(jié)果大于零，則表明此類組織存在于淬火去所對應(yīng)的位置 內(nèi)；反之，則表明此類組織不存在于淬火去所對應(yīng)的位置內(nèi)。
[0018] 上述檢測20CrMnTi鋼組織構(gòu)成及含量的方法，各類組織含量檢測模型分別為距 淬火表面9_位置處的各類組織含量和距淬火表面15_位置處的各類組織含量，在計算公 式中，C為鋼中碳質(zhì)量百分含量，％ ;Si為鋼中硅元素的質(zhì)量百分含量，％ ;Mn為鋼中錳元 素的質(zhì)量百分含量，％ ;Cr為鋼中鉻元素的質(zhì)量百分含量，％ ;Ti為鋼中鈦元素的質(zhì)量百 分含量，％;Ti為鋼中鈦元素的質(zhì)量百分含量，為奧氏體化加熱溫度，°C;G為實施 奧氏體化工藝后的晶粒度等級；
[0019] 距淬火表面9mm位置處的各類組織含量分別為馬氏體含量M9，％、貝氏體含量 B9，％、鐵素體含量F9，％、珠光體含量P9，％、殘余奧氏體含量A9，％，它們的計算公式 如下：
[0020] M9= (0? 881+5. 764 ?C+0. 420 ?Si-3. 245 ?Mn+1. 554 ?Cr-1. 353 ?Ti+0. 327 ?G
[0021] -0? 00339 ?T+3. 395 ? C? Si+1. 227 ?C?Mn+0. 668 ?C? Cr+0. 465 ? C?Ti
[0022] -0? 570 ?C?G-0. 00352 ? C?T+0. 656 ?Si?Mn+0. 488 ? Si?Cr-0. 168 ?Si ? Ti
[0023] -0? 216 ?Si ?G-0. 000238 ?Si?T+0. 157 ? Mn?Cr+0. 971 ?Mn?Ti
[0024] -0? 128 ?Mn ?G+0. 00438 ?Mn?T+0. 0362 ? Cr?Ti-0. 144 ?Cr?G
[0025] -6. 803X10 4 ?Cr?T) ? 100
[0026] B9= (0? 0933-6. 386 ? C-2. 200 ?Si+4. 260 ?Mn-1. 725 ? Cr+0. 403 ? Ti-0. 435 ?G
[0027] +0? 00356 ?T-0. 210 ? C? Si-2. 161 ?C?Mn-1. 101 ?C? Cr+1. 223 ? C?Ti
[0028] +0? 671 ?C? G+0. 00517 ?C?T-0. 336 ?Si ?Mn+0. 0307 ?Si?Cr+0. 411 ? Si? Ti
[0029] +0? 198 ?Si ?G+0. 000571 ?Si?T-0. 155 ? Mn?Cr-0. 794 ?Mn?Ti+0. 163 ? Mn ?G
[0030] -0? 00538 ?Mn?T+0. 0578 ?Cr?Ti+0. 167 ?Cr?G+0. 000836 ?Cr?T) ? 100
[0031] F9= (0? 0403+0. 612 ?C+l. 782 ?Si-1. 023 ?Mn+0. 165 ?Cr+0. 953 ?Ti+0. 108 ?G
[0032] -1. 758X 10 4 ? T-3. 193 ? C ? Si+0. 937 ? C ? Mn+0. 439 ? C ? Cr-1. 679 ? C ? Ti
[0033] -0? 101 ? C? G-0. 00165 ?C?T-0. 317 ? Si?Mn-0. 517 ?Si?Cr-0. 240 ? Si ?Ti
[0034] +0? 0176 ?Si ? G-3. 380X10 4 ?Si?T-0. 00272 ?Mn?Cr-0. 180 ?Mn ?Ti
[0035] -0? 0344 ?Mn ? G+0. 00101 ?Mn?T-0. 0949 ?Cr ?Ti-0. 0223 ?Cr?G
[0036] -1. 519X10 4 ?Cr?T) ? 100
[0037]P9= (-0? 0171+0. 00617 ?C-0. 00370 ?Si+0. 0125 ?Mn+0. 00475 ?Cr-0. 00422 ?Ti
[0038] +0? 000355 ? G+l. 438X10 5 ?T+0. 00595 ?C?Si-0. 00566 ?C?Mn
[0039] -0? 00782 ?C ? Cr-0. 00387 ?C?Ti+0. 000870 ? C?G+3. 272X10 6 ?C?T
[0040] -0? 00234 ?Si ?Mn-0. 00170 ?Si?Cr-0. 00156 ?Si?Ti+0. 000372 ? Si?G
[0041] +5. 794X10 6 ?Si?T+0. 000583 ?Mn?Cr+0. 00322 ?Mn?Ti
[0042] -3. 837X 10 4 ?Mn? G-l. 117X10 5 ?Mn ?T+0. 00138 ?Cr?Ti
[0043] -8. 314X 10 5 ?Cr? G-3. 418X10 6 ?Cr ?T) ? 100
[0044] A9=(0.00934-0. 0115 *C+0. 00132 *Si-〇. 00769 *Mn+0. 000796 *Cr-〇. 00145*Ti
[0045] +0? 000349 ? G-l. 404X10 5 ?T+0. 000698 ?C?Si+0. 00105 ?C?Mn
[0046] +0? 000649 ? C?Cr+0. 00226 ?C?Ti-8. 995X10 4 ?C?G+2. 010X10 5 ? C? T
[0047] -1. 946X 10 4 ?Si?Mn+3. 161X10 4 ?Si?Cr-5. 104X10 4 ?Si?Ti
[0048] -1. 170X 10 4 ?Si?G+2. 188X10 7 ?Si ?T-6. 837X10 5 ?Mn?Cr
[0049] +0? 000911 ?Mn?Ti-1. 156X10 4 ?Mn?G+9. 875X10 6 ?Mn?T
[0050] -2. 798X10 4 ?Cr?Ti-7. 170X10 5 ?Cr?G-l. 250X10 7 ?Cr?T) ? 100
[0051] 距淬火表面15mm位置處的各類組織含量分別為馬氏體含量M15，％、貝氏體含量 B15，％、鐵素體含量F15，％、珠光體含量P15，％、殘余奧氏體含量A15，％，它們的計算 公式如下：
[0052]M15= (-2. 220+7. 691 ?C+1. 825 ?Si-1. 058 ?Mn+1. 188 ?Cr+1. 011 ?Ti+0. 278 ?G
[0053] -0? 000354 ?T-2. 349 ?C?Si-0. 217 ?C?Mn-0. 446 ?C?Cr-2. 079 ?C?Ti
[0054] -0? 382 ? C? G-0. 00315 ?C?T+0. 134 ? Si?Mn+0. 0652 ?Si?Cr-0. 817 ?Si?Ti
[0055] -0? 132 ? Si ?G-0. 00036516 ?Si?T+0. 230 ?Mn?Cr-0. 0886 ?Mn? Ti
[0056] -0? 0923 ?Mn?G+0. 00187 ?Mn?T-0. 338 ?Cr?Ti-0. 0888 ?Cr?G
[0057] -5. 951X10 4 ?Cr?T) ? 100
[0058]B15= (2. 36953-4. 985 ?C-3. 231 ?Si+1. 006 ?Mn-0. 902 ?Cr-1. 332 ?Ti-0. 302 ?G
[0059] +0? 00110 ?T+4. 373 ?C?Si+0. 306 ?C?Mn+0. 571 ?C?Cr+2. 892 ?C?Ti
[0060] +0? 366 ?C?G+0. 000563 ?C?T+0. 236 ? Si?Mn+0. 385 ? Si?Cr+0. 755 ?Si?Ti
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