一种检测20CrMnTi钢组织构成及含量的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种快速检测20CrMnTi系列钢（简称：20CrMnTi)实施淬火工艺后的 内部组织构成及相关组织含量的方法，属于金属热处理检测方法技术领域。
【背景技术】
[0002] 20CrMnTi是一种性能良好的渗碳钢，其淬透性较高，经淬火工艺处理后具有硬而 耐磨的表面与坚韧的心部，具有较高的低温冲击韧性和较好的焊接性能，正火后可切削性 良好，被广泛应用于齿轮，轴类，活塞类零配件以及汽车，飞机各种特殊零件部位。
[0003] 对于工艺技术人员而言，距淬火表面以下9mm和15mm处的淬透性能是他们十分关 心的结果，它能够很好地反映出20CrMnTi淬透性能的整体效果。通常，20CrMnTi的淬透性 能指标主要由其淬火区域内的硬度和内部组织的种类和相应含量所决定，而淬火区域的硬 度通常也是由该区域的组织构成和相关构成比例决定的。因此，在生产过程中或是工艺研 发过程中，及时确定20CrMnTi淬火表面以下9_和15_位置处的组织构成及相关含量，对 于技术人员及时了解该钢种的淬火效果，并针对该钢种开展相关的淬火工艺优化具有十分 重要的意义。
[0004]目前技术人员确定20CrMnTi实施淬火工艺后内部各类组织构成及含量的主要方 法是物理检测法，即：首先对20CrMnTi的淬火区域进行取样处理，通过切割、打磨、抛光、腐 蚀等一系列操作，制备出合适的金相式样；然后利用金相显微镜对金相试样切面上的组织 进行观察，根据组织的形态，再结合着钢中化学成分的含量以及淬火工艺等辅助数据，分析 出组织的种类；然后在此基础上，利用灰度法，分析出相应组织的含量。
[0005] 物理检测法尽管能够分析出20CrMnTi淬火区域的组织种类及含量，但该种方法 实施起来较为繁琐，且分析周期较长，因此往往不能够满足生产现场优化工艺的需要。此 外，检测结果的准确性往往还会受到金相式样制备质量的制约，因此该方法对技术人员的 制样水平要求较高。
[0006] 由于目前的检测方法不能生产快速发展的需求，制约了20CrMnTi热处理工艺的 优化，十分有必要进行改进和创新，有效提高20CrMnTi热处理工艺的水平。
【发明内容】
[0007] 本发明所要解决的技术问题是提供一种检测20CrMnTi钢组织构成及含量的方 法，这种检测方法无需通过相应的淬火试验，即可快速检测20CrMnTi系列钢实施淬火工艺 后的内部各类组织构成及相关组织含量，这种方法主要考虑了20CrMnTi中重要化学成分 与实施奥氏体化工艺后的钢中晶粒度等级（简称：晶粒度等级）和淬火前的奥氏体化温度 (简称：奥氏体化温度）之间的交互性作用对20CrMnTi系列钢实施淬火工艺后的组织种类 及含量的影响，从而精确得出20CrMnTi系列钢实施淬火工艺后距离淬火表面分别为9mm和 15_位置处不同组织的含量，再根据相关组织含量的大小，确定该组织的存在。
[0008] 解决上述技术问题的技术方案是：
[0009] -种检测20CrMnTi钢组织构成及含量的方法，它采用以下步骤进行：
[0010] 1.利用直读光谱仪对20CrMnTi系列钢中的C、Si、Mn、Cr、Ti元素的质量百分含量 进行精确测定；
[0011] 2.对20CrMnTi晶粒等级进行评估，评估方法采用以下两种之一：
[0012] (1)利用金相显微镜对试验钢内部的晶粒尺寸进行检测，并根据检测结果，按照 ASTME112-77标准，得到相应的晶粒度等级；
[0013] (2)将试样奥氏体化的温度和保温时间信息传输入20CrMnTi钢淬透性硬度检 测系统中，根据内部的晶粒尺寸模型，得出相应的晶粒尺寸，并根据晶粒尺寸的大小，按照 ASTME112-77标准，得出20CrMnTi钢的晶粒度等级，其晶粒尺寸模型为：
[0014]
[0015] 式中：D为奥氏体晶粒尺寸，mm ;T为加热温度，°C ;t为加热时间，s ;
[0016] 3.将检测得到的20CrMnTi钢中C、Si、Mn、Cr、Ti元素的质量百分含量以及该钢种 实施奥氏体化工艺后的晶粒度等级、奥氏体化温度代入到20CrMnTi系列钢淬火区组织种 类及含量检测系统中，根据其内置的组织含量检测模型，计算出与上述输入参数相关的距 淬火表面9_和15_处的各类组织含量；
[0017] 4.根据所计算出的各类组织的质量百分含量结果，最终确定此类组织是否存在， 即：当某类组织的质量百分含量结果大于零，则表明此类组织存在于淬火去所对应的位置 内；反之，则表明此类组织不存在于淬火去所对应的位置内。
[0018] 上述检测20CrMnTi钢组织构成及含量的方法，各类组织含量检测模型分别为距 淬火表面9_位置处的各类组织含量和距淬火表面15_位置处的各类组织含量，在计算公 式中，C为钢中碳质量百分含量，％ ;Si为钢中硅元素的质量百分含量，％ ;Mn为钢中锰元 素的质量百分含量，％ ;Cr为钢中铬元素的质量百分含量，％ ;Ti为钢中钛元素的质量百 分含量，％;Ti为钢中钛元素的质量百分含量，为奥氏体化加热温度，°C;G为实施 奥氏体化工艺后的晶粒度等级；
[0019] 距淬火表面9mm位置处的各类组织含量分别为马氏体含量M9，％、贝氏体含量 B9，％、铁素体含量F9，％、珠光体含量P9，％、残余奥氏体含量A9，％，它们的计算公式 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位置处的各类组织含量分别为马氏体含量M15，％、贝氏体含量 B15，％、铁素体含量F15，％、珠光体含量P15，％、残余奥氏体含量A15，％，它们的计算 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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