關(guān)于材料65Mn的調(diào)查與分析

發(fā)布時(shí)間：2010/12/21

關(guān)于材料65Mn的調(diào)查與分析
65Mn鋼具有較高的硬度，淬透性好，脫碳傾向少，價(jià)格低廉，切削性好等優(yōu)點(diǎn)，但它有過熱敏感性，易產(chǎn)生淬火裂紋，并有回火脆性，65Mn鋼用途廣泛，主要生產(chǎn)成鋼絲，鋼帶、用于制造各種截面較少的扁，圓彈簧，板簧和彈簧片等。65Mn鋼在汽車業(yè)，電子業(yè)，火車等交通運(yùn)輸工具用量很大。它可制造圓鋸片，用以高速切削各類型鋼，鋼管和鋼筋。
關(guān)鍵詞：65Mn 焊接 防腐 熱處理
第一章 此種材料的牌號(hào)，成分，組織，熱處理，性能，用途介紹
1.1 材料牌號(hào)：65Mn 美國ASTM：1566，SEA：1566(1066) 前蘇聯(lián)ГОСТ：65Г
1.2 材料的化學(xué)成分 見表1-1 [1]
65Mn的化學(xué)成分
1.3 材料的組織 [2]
1.3.1 相變溫度 見表1-2
1.3.2 時(shí)間-溫度計(jì)-組織轉(zhuǎn)變曲線 見圖1-3
圖1-3 65Mn鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線
（用鋼成分為C=0.64%，Mn=0.92%，Si=0.18%，S=0.005%，P=0.017%。晶體度為4 ～8級(jí)。奧氏體化溫度為830℃）
1.3.3合金組織結(jié)構(gòu)：
65Mn鋼一般是在淬火回火后使用，約450℃以下回火時(shí)為回火馬氏體，450℃以上回火時(shí)是回火索氏體.
1.4 熱處理工藝：
1.4.1 表面處理工藝：采用表面噴砂處理。65mn鋼圓鋸片預(yù)先進(jìn)行齒部碳氮共滲，以增加碳氮含量，然后再進(jìn)行常規(guī)熱處理，以提高齒部的回火穩(wěn)定行，從而增加齒部硬度和耐磨性，提高圓鋸片的使用壽命。
1.4.2熱處理工藝參數(shù) 見表1-4
名稱 退火 正火 調(diào)溫回火 淬火 回火 消除應(yīng)力回火（冷拉彈簧鋼絲）
加熱溫度/℃ 810 810 680～700 810360～570 250～360
冷卻方試 爐冷 空冷 空冷 油/水泠 空冷 空冷
表4-1
1.5 材料的性能
1.5.1力學(xué)性能 [3]
1.5.2密度 ρ=7.81克/立方厘米
1.5.3 工藝性能
焊接性能：差
1.6 該材料的用途：該鋼可以冷軋成鋼板、鋼帶和鋼絲，制作彈簧。65Mn也可以制作成如鉗工的鑿子、劃針等工具。65Mn鋼可制作一般截面尺寸為8～15mm左右的小型彈簧如各種小尺寸扁、圓彈簧，底墊彈簧、彈簧發(fā)條，也適于制作彈簧環(huán)、氣門簧、離合器簧片、剎車彈簧等。65Mnj是制作各種板彈簧，絲彈簧的材料之一，汽車、電車、火車等交通運(yùn)輸工具用量很大；在儀表、家具，乃至兒童玩具等制造中也得到廣泛應(yīng)用。
1。7 Mn的影響：
一般認(rèn)為錳的鋼中是一種有益的元素。在65Mn中，錳大部分溶于鐵素體中，形成置換固溶體，并使鐵素體強(qiáng)化，一部分錳也溶于Fe3C中，形成合金滲碳體，錳還能增加珠光體相對(duì)量，并使它變細(xì)，從而提高鋼彈簧的強(qiáng)度。錳能與S化合成為MnS，以減輕S的有害作用。
第二章 材料的腐蝕情況及防護(hù)方法
2.1材料的腐蝕情況
一 化學(xué)腐蝕 65Mn在高溫下的氧化與在常溫干燥環(huán)境中受二氧化碳、二氧化硫、氧氣、氫等氣體的作用，以及在非電解質(zhì)液體（如汽油，潤滑油）中引起化學(xué)作用，這是65Mn的化學(xué)腐蝕。
二 電化學(xué)腐蝕 65Mn在工作中常與其它材料發(fā)生接觸或工件上常散落有塵土、污物等，在這兩個(gè)不同狀態(tài)部位或兩種物質(zhì)接觸的部位均會(huì)造成電位差，如果再接觸電解質(zhì)或吸收二氧化硫、二氧化碳及水分等，就會(huì)造成微電池，形成電流，使為負(fù)極的金屬溶解。在工業(yè)大氣中，經(jīng)常有各種塵土（含酸、堿、鹽）和污物落入，材料很快會(huì)腐蝕壞。
2.2材料的防腐措施 [4]
一 防銹蝕 防止65Mn銹蝕，在出廠時(shí)應(yīng)經(jīng)過涂覆防腐劑，或經(jīng)化學(xué)處理生成防護(hù)膜，或經(jīng)鍍覆或包裝，然后運(yùn)輸入庫，（出入時(shí)涂油的材料，如發(fā)現(xiàn)已有玷污或油底銹蝕或揮發(fā)干涸者應(yīng)予除污去垢，重新涂油）驗(yàn)收時(shí)，要按規(guī)定折箱，不要多折，驗(yàn)收后，要立即恢復(fù)包裝。在存放時(shí)，庫內(nèi)安放干燥劑，以降潮，降濕度。
二 噴涂防腐 65Mn一般是露天使用采用噴涂防腐辦法，在材料表面噴涂防腐涂層，可使材料與空氣，雨水等腐蝕介質(zhì)隔絕，消除材料在保管過程中發(fā)生電化學(xué)腐蝕機(jī)會(huì)。特別是73418防銹油，它能在鋼材表面形成連續(xù)的薄膜，自然干燥后，牢固地粘附在鋼材表面，能使鋼材一年不至銹蝕，且成本低，使用方便。
第三章 技術(shù)專題報(bào)告
3.1 65Mn鋼絲的焊接：[5]
采用鎢極氬弧焊的方法對(duì)φ0.7 mm的65Mn彈簧鋼絲進(jìn)行了焊接試驗(yàn)研究。研究表明：當(dāng)焊接電流為10 A時(shí)可以得到外形完美的柱狀焊接接頭，但接頭非常脆硬。采用加熱溫度280℃，保溫10 min的后熱工藝可以大大降低接頭脆性及硬度。處理后的焊接接頭抗拉強(qiáng)度最高達(dá)1 370 MPa，并且有優(yōu)良的疲勞強(qiáng)度。因此，若在焊好的環(huán)形鋼絲上鍍敷以金剛石磨料，有可能使之成為一種高效的切割工具。
1 65Mn鋼絲的成分及性能
本研究所用的鋼絲為直徑0.7 mm的65Mn冷拉鋼絲，其原始組織為索氏體和少量的鐵素體，呈纖維狀分布。65Mn的含碳量為0.62%～0.70%，Si與Mn的含量分別為0.17%~0.37%與0.9%~1.2%。Mn使鐵碳相圖中S點(diǎn)和E點(diǎn)向左下方移動(dòng)，降低了A3和A1線，因此，錳鋼具有過熱傾向。65Mn鋼屬于高碳鋼，加上Mn與Si的聯(lián)合作用，使其碳當(dāng)量達(dá)0.8%以上。這就使65Mn鋼具有極大的淬硬傾向，焊接性極差。
2 65Mn鋼絲的氬弧焊對(duì)焊工藝
為了減小電極的消耗，選擇直流正接進(jìn)行線材的對(duì)焊試驗(yàn)，即選用直流電源，線材接電源的正極，鎢極接電源的負(fù)極。
含1%或2%氧化釷的鎢極發(fā)射電子效率高，電流承載能力好，且抗污染性能好，引弧容易并且電弧比較穩(wěn)定。為了便于操作，選擇直徑為2 mm的較細(xì)的釷鎢極，并且電極前端磨尖。
由于氬氣較低的電弧電壓特性對(duì)于薄板和線材的手弧焊特別有益，因此選擇氬氣做保護(hù)氣體。
試驗(yàn)選用直流手工氬弧焊機(jī)，焊接前，將鋼絲兩端頭仔細(xì)磨平，為防止焊點(diǎn)產(chǎn)生氣孔，用丙酮將端頭油污清洗干凈。將兩端磨平的線材放在平整潔凈的對(duì)正板上（圖1），使兩端頭對(duì)正，接頭處不留間隙，用壓鐵壓住接頭兩側(cè)。將線材接焊機(jī)正極，鎢極接負(fù)極，分別將電流調(diào)至20 A，15 A，10 A，8 A進(jìn)行焊接。焊接時(shí)，在接頭旁邊引燃點(diǎn)弧并使之燃燒穩(wěn)定，將電弧移至接頭處使接頭金屬熔化后迅速將電弧熄滅，同時(shí)輕微施加頂鍛力，冷卻后即完成焊接過程，焊接過程中不使用填充焊絲。
試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)焊接電流為20 A時(shí)，電弧燃燒劇烈，接頭處金屬飛濺嚴(yán)重，焊點(diǎn)塌陷嚴(yán)重。當(dāng)電流調(diào)至15 A時(shí)，電弧燃燒較平穩(wěn)，熔池飛濺少，但焊縫仍有塌陷。但電流降至10 A時(shí)，引弧容易，電弧燃燒穩(wěn)定，焊縫處沒有塌陷現(xiàn)象。圖2為焊接電流10 A時(shí)，用數(shù)碼相機(jī)在Leica MZ6型體視顯微鏡下拍下的焊接接頭形狀?？梢钥闯?，接頭的圓柱度較好，將其打磨后能滿足線鋸的要求。當(dāng)電流調(diào)至8 A以下時(shí)，引弧困難且電弧不穩(wěn)定，難以完成焊接過程。
3 焊接接頭的熱處理與強(qiáng)度試驗(yàn)
由于65Mn鋼具有過熱傾向，因此焊接熱影響區(qū)對(duì)接頭的力學(xué)性能影響很大。直徑0.7 mm的65Mn鋼絲經(jīng)氬弧焊對(duì)焊后接頭處非常硬脆，輕輕折彎焊點(diǎn)處，就會(huì)在熔合線或焊縫處脆斷，斷口呈明顯的脆性斷裂形貌。所得接頭由焊縫和熱影響區(qū)組成，沿接頭軸線測試從焊縫中心至母材各個(gè)區(qū)域的顯微硬度。測量結(jié)果表明，從母材到熱影響區(qū)及焊縫中部，顯微硬度急劇增加，焊縫中部硬度達(dá)HV 1 060，這說明熱影響區(qū)及焊縫中部生成了硬脆組織。對(duì)于這種具有硬脆組織的接頭，為了提高其韌性和塑性，降低其硬度，獲得硬度、強(qiáng)度、塑性和韌性的適當(dāng)配合，必須對(duì)焊接接頭進(jìn)行適當(dāng)?shù)幕鼗鹛幚?。熱處理后，?yīng)將熱影響區(qū)的脆性消除，同時(shí)應(yīng)能使母材保持一定的強(qiáng)度和彈性?；鼗鹪谙涫诫娮锠t內(nèi)進(jìn)行，回火工藝見表1。將回火后的鋼絲焊接接頭處仔細(xì)打磨，使其直徑與母材直徑大致相等，再在WE-50拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。每種回火處理的試樣取三根，取其拉力的平均值。
由試驗(yàn)可以看出，330℃以上熱處理后，母材彈性基本消失，且斷裂均發(fā)生在母材處，而不發(fā)生在焊點(diǎn)及其熱影響區(qū)，這說明熱處理后雖然熱影響區(qū)的脆性完全消失，但母材的強(qiáng)度被大大削落（經(jīng)試驗(yàn)，所用母材的抗拉強(qiáng)度為1 663 MPa）。260℃保溫10 min時(shí)，雖然材料彈性基本不變，但熱影響區(qū)的脆性不能消除。當(dāng)加熱溫度為280℃，保溫10 min時(shí)效果最好，熱影響區(qū)的抗拉強(qiáng)度只比母材降低20%左右，而母材的彈性消失較小。將280℃回火處理的焊頭沿軸線方向測試縱剖面上各個(gè)區(qū)的顯微硬度，發(fā)現(xiàn)焊縫處的最高硬度值降低到HV 500左右，比未處理時(shí)的硬度降低大約1倍。
焊好的環(huán)形鋼絲不但應(yīng)能滿足一定的強(qiáng)度和彈性要求，而且具有一定的疲勞強(qiáng)度.
4 結(jié) 論
（1）采用非熔化極氬氣保護(hù)焊焊接φ0.7 mm的65Mn鋼絲可以得到外觀良好的焊接接頭，焊接時(shí)可不加填充金屬。焊接電流強(qiáng)度以10 A比較合適，電流過大會(huì)產(chǎn)生飛濺和塌邊現(xiàn)象。電流太小，則引弧困難，電弧不穩(wěn)定。
（2） 焊好的接頭非常硬脆，因此必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?。?duì)焊接接頭采用加熱溫度280℃，保溫10 min的回火工藝，可以使接頭的抗拉強(qiáng)度達(dá)1 370 MPa，并且疲勞強(qiáng)度也較高.
3.2 65Mn鋼彈簧支撐的熱處理工藝改進(jìn) [6]
改進(jìn)對(duì)彈簧支撐熱處理工藝，增加工藝孔，使用新的淬火掛具，采用表面噴砂處理，解決了工件熱處理后硬度不均勻，外形變化及表面不清潔的問題。
65Mn鋼彈簧支撐是本公司輕型客車車身左右側(cè)支撐襯板用彈簧，要求淬火后硬度45～50HRC。針對(duì)熱處理后引起的硬度不均勻及外形畸變，且表面不清潔、的銹、鹽漬、不易點(diǎn)焊等問題，我們改進(jìn)了熱處理工藝，使用了新的淬火掛具以及表面進(jìn)行噴沙處理。實(shí)踐證明，其效果顯著。
1 65Mn鋼彈簧支撐淬火工藝
65Mn鋼彈簧支撐件在中溫鹽浴爐進(jìn)行淬火時(shí)，淬火溫度為810～830℃，淬火工藝見圖1。經(jīng)熱處理后檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)淬火硬度不均，高低相差懸殊。鹽爐所用掛具為鐵絲網(wǎng)制作，用兜裝件，每次裝20件。財(cái)政由于件與件之間為點(diǎn)面接觸較多。易造成淬火時(shí)硬度不均，影響工件質(zhì)量，彈性低或無彈性。為此時(shí)淬火掛具與工件分別進(jìn)行了改進(jìn)。在彈簧支撐件的邊緣5mm處（如圖2)，加一?mm的工藝孔，逐件用鐵絲綁扎，件與件之間留一定間隙，每串20件，每爐裝4串，裝爐量為80件.如此，不公使工件淬火硬度均勻，而且裝爐量增為原來的4倍，提高了工作效率。
圖1 改進(jìn)前熱處理工藝
2 淬火工藝改進(jìn)
由于彈簧支撐畸變?nèi)μ子绊戨S后焊接，必在160℃硝鹽中保溫3-5min出爐空冷的分級(jí)淬火工藝，淬火后應(yīng)力及畸變較小，硬度達(dá)58-60HRC，改進(jìn)后工藝見如圖3。
圖3 改進(jìn)后的熱處理工藝
3 表面處理
彈簧支撐件在油淬后，表面出現(xiàn)鹽漬，不易清洗，長期存放易生銹，在下道工序點(diǎn)焊時(shí)不易焊裝.為解決這一問題，工件淬火回火后，下序使用點(diǎn)焊前，對(duì)校長支撐進(jìn)行噴砂清理，使制件表面清潔，易點(diǎn)焊，達(dá)到了工件的各項(xiàng)技術(shù)要求.
第四章 國內(nèi)國外此種材料的生產(chǎn)、發(fā)展現(xiàn)狀。
通過試驗(yàn)研究了65mn鋼圓鋸片預(yù)先進(jìn)行齒部碳氮共滲，以增加碳氮含量，然后再進(jìn)行常規(guī)熱處理，以提高齒部的回火穩(wěn)定行，從而增加齒部硬度和耐磨性，提高圓鋸片的使用壽命。
65mn鋼圓鋸片廣泛應(yīng)用與冶金，軋鋼，機(jī)械，建材等工業(yè)領(lǐng)域，用以高速切割各類型鋼，鋼管和鋼筋。通過齒部預(yù)先進(jìn)行碳氮共滲方法以達(dá)到提高鋸片使用壽命的目的。
65Mn剛鋸片預(yù)滲后，沿齒行形成深為0.7～1.0mm左右的連續(xù)過共析層，最外層厚度5～10um的白亮帶狀碳氮化合層。其內(nèi)側(cè)含有大量的粒狀碳氮化合物層經(jīng)淬火回火后，齒部金相組織為均勻的回火屈氏體和大量的彌散分布的粒狀碳氮化合物，而基部組織僅有回火屈氏體。
65Mn鋼屬中碳鋼，其回火穩(wěn)定性較差。在為滿足鋸片基體的強(qiáng)韌性而實(shí)施中溫回火后（300～400℃）就會(huì)使鋸片硬度由HRC60以上明顯降至HRC44～50。而在淬火之前，對(duì)鋸片齒部進(jìn)行預(yù)先碳氮共滲處理，可使鋸齒部進(jìn)表層獲得過共析成分的碳和一定數(shù)量的氮原子，經(jīng)淬火后，就會(huì)形成大量彌散分布的粒狀碳氮化合物，同時(shí)，固溶于基體中大量的碳氮元素也會(huì)明顯降低鋼的馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)，從而，獲得較多的殘余奧氏體，這樣的組織再經(jīng)中溫回火，大量存在的碳氮化合物可阻礙馬氏體的分解和已析出碳化物的聚集長大。同時(shí)，由于碳，氮元子的催化作用，而使更多的殘余奧氏體具有進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)槎务R氏體的能力。因此，預(yù)滲處理明顯提高65Mn鋼的回火穩(wěn)定性，即在同樣的回火溫度下，經(jīng)預(yù)滲處理的65Mn鋼圓鋸片比未經(jīng)預(yù)滲鋸片能夠保持更高的回火硬度從而提高齒部的耐磨性。
在國內(nèi)某鋼管廠進(jìn)行了批量切割冷拔無縫隙鋼管的上機(jī)試驗(yàn)，切割的鋼管斷口光潔無毛刺、無變形，統(tǒng)計(jì)結(jié)果證明，預(yù)滲處理鋸片平均使用壽命明顯高于常規(guī)熱處理的鋸片。
65Mn鋼圓鋸片在淬火前進(jìn)行預(yù)先碳氮共滲處理，可明顯提高其回火穩(wěn)定性，經(jīng)中溫回火后的鋸片齒部獲得大量的粒狀碳氮化合物和均勻的回火屈氏體，其硬度比常規(guī)熱處理鋸片高HRC5～8，耐磨性提高一倍左右，同時(shí)保持基體的強(qiáng)韌性不變。經(jīng)實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)應(yīng)用證明，預(yù)滲處理可有效提高65Mn鋼圓鋸片的使用精密彈簧壽命。
第五章 此種材料的市場發(fā)展前景
65Mnj是制作各種板彈簧，絲彈簧的材料之一，汽車、電車、火車等交通運(yùn)輸工具用量很大；在儀表、家具，乃至兒童玩具等制造中也得到廣泛應(yīng)用。這種鋼的抗疲勞強(qiáng)度非常好，富有極好彈性，和有相當(dāng)好的塑性和硬度。又由于此鋼種價(jià)格低廉，因而這種材料的前景是光明的，它在現(xiàn)在和未來都會(huì)得到人們的廣泛使用。
第六章 個(gè)人觀點(diǎn)
本人認(rèn)為65Mn在有油污、雜質(zhì)時(shí)，易發(fā)生微電池腐蝕，此時(shí)
微陽極（鐵素體）上反應(yīng)
有 鐵失去2個(gè)電子生成帶2個(gè)單位正電的鐵離子
微陰極（雜質(zhì)）上反應(yīng)：
有 2（H+）+2（e-）--(H2)
O2+4e-+H2O—2OH-
本人認(rèn)為為解決此腐蝕的方法是使（使鐵素體）微陽極變成微陰極即可
方法 一 鍍上一種比鐵活潑的金屬（如鋅）應(yīng)可消除微電池腐蝕
第七章 個(gè)人在材料科學(xué)領(lǐng)域的新思路和新觀點(diǎn)
對(duì)65Mn進(jìn)行表面處理可對(duì)它進(jìn)行噴丸硬化處理，這是一種加工硬化處理，從而提高強(qiáng)度和抗腐蝕能力.這種加工硬化能引起殘余壓應(yīng)力，殘余壓應(yīng)力不但能防止應(yīng)力腐蝕裂紋SCC，而且還能提高疲勞強(qiáng)度，如果使用旋渦射流也能得到同樣的效果，因?yàn)橛眯郎u射流周圍的旋渦沖擊能強(qiáng)化材料，也可提高疲勞強(qiáng)度.用旋渦射流在材料表面引起殘余壓應(yīng)力，從而強(qiáng)化金屬材料，這比噴丸硬化處理好。所以用這兩種方法都可提高強(qiáng)度和抗腐蝕能力.
彈簧的表面質(zhì)量對(duì)使用壽命影響很大，脫碳可造成應(yīng)力集中，使彈簧的疲勞強(qiáng)度降低。對(duì)于脫碳可使用可控氣氛熱處理或真空熱處理來實(shí)現(xiàn)防止脫碳。