45CrNiMoV鋼等溫淬火及殘留奧氏體的研究

摘 要：45CrNiMoV鋼是一種低合金超高強(qiáng)度鋼。本文對45CrNiMoV鋼進(jìn)行了退火、淬火、回火、高溫淬火以及等溫淬火的熱處理工藝。采用Axiovet25型蔡司金相顯微鏡、QUANTA掃描電子顯微鏡對不同熱處理工藝下45CrNiMoV鋼的組織進(jìn)行了分析比較。

關(guān)鍵詞：45CrNiMoV鋼；淬火；淬透性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.22.260

低合金高強(qiáng)度鋼主要用于制作飛機(jī)發(fā)動機(jī)曲軸、大梁、起落架和中小型火箭殼體等高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)零部件。受回火溫度的影響，使用溫度不宜過高，通常均在淬火、低溫（或中溫）回火后使用。為了改善低合金高強(qiáng)度鋼的韌性，以提高其在服役條件下的安全可靠性，采取的措施是提高鋼的純凈度，降低鋼中夾雜物、氣體及有害雜質(zhì)元素的含量[1]。本實(shí)驗(yàn)采用的熱處理工藝路線：退火→淬火→回火→淬火→等溫淬火。

1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)材料是直徑6mm的45CrNiMoV鋼長方形小試樣，化學(xué)成分如表1所示。

2 實(shí)驗(yàn)方法

根據(jù)45CrNiMoV鋼的TTT圖[2]，知道該鋼的相變臨界點(diǎn)為：Ac1=740℃、Ac3=786℃、Ms=290℃。45CrNiMoV鋼在等溫轉(zhuǎn)變過程中存在三種轉(zhuǎn)變：高溫區(qū)的珠光體、鐵素體轉(zhuǎn)變，中溫區(qū)的貝氏體轉(zhuǎn)變和低溫區(qū)的馬氏體轉(zhuǎn)變。

（1）第一階段實(shí)驗(yàn)方法及過程。取45CrNiMoV鋼的試樣，進(jìn)行退火處理，加熱至950℃保溫60分鐘，隨爐冷卻至700℃保溫120分鐘后空冷。

（2）第二階段實(shí)驗(yàn)方法及過程。取經(jīng)過退火處理后的45CrNiMoV鋼的試樣，進(jìn)行淬火處理，加熱至950℃保溫20分鐘后迅速在水中冷卻。

（3）第三階段實(shí)驗(yàn)方法及過程。取45CrNiMoV鋼的試樣5塊，將試樣加熱至1100℃保溫20分鐘后，取出一塊迅速進(jìn)行水中冷卻。

將以上處理過的全部樣品進(jìn)行試樣制備：打磨→拋光→腐蝕，在顯微鏡及掃描電鏡下觀察組織形貌。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

（1）第一階段實(shí)驗(yàn)結(jié)果。如圖1所示，在退火處理實(shí)驗(yàn)中，退火組織為鐵素體和珠光體。鐵素體呈灰白色塊狀組織，珠光體呈黑色組織，而珠光體又包括鐵素體和碳化物，其中黑色顆粒就是碳化物。圖中所示黑色沿軋制方向拉長而呈方向性的組織為帶狀組織，產(chǎn)生該組織的原因是錳等元素影響過冷奧氏體穩(wěn)定性合金元素的偏析。由于這種成分和結(jié)構(gòu)的不均勻性，需要長程擴(kuò)散才能消除，因而過程進(jìn)行的緩慢。

（2）第二階段實(shí)驗(yàn)結(jié)果。如圖2所示，在淬火處理工藝中，淬火后得到的金相組織為條片狀馬氏體。理論上45CrNiMoV鋼淬火后不僅有馬氏體，還應(yīng)該有殘留奧氏體。但由于放大倍數(shù)的限制，圖中看不見殘留奧氏體的形貌。因?yàn)閵W氏體在轉(zhuǎn)化過程中體積發(fā)生變化，當(dāng)基體轉(zhuǎn)化成馬氏體后。殘余部分由于空間的限制，導(dǎo)致該部分只能以奧氏體存在，在過冷至零度以下，這部分殘余會繼續(xù)轉(zhuǎn)化成為馬氏體，并隨碳含量的增加，淬火鋼中板條馬氏體的量下降，片狀馬氏體的量上升。

（3）第三階段實(shí)驗(yàn)結(jié)果。如圖3、4所示，將45CrNiMoV鋼的淬火溫度從950℃提高到1100℃，淬火后得到了條片狀馬氏體和下貝氏體。下貝氏體的外形特征為黑色的馬氏體、白色的碳化物，同時(shí)還可以看見原奧氏體晶界處有小的形核[3]。理論上在馬氏體條片外面包著一層厚殘余奧氏體，但由于放大倍數(shù)的限制，圖中看不見殘留奧氏體的形貌。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

（1）45CrNiMoV鋼在950℃淬火后得到的組織為條片狀馬氏體，1100℃淬火+320℃等溫淬火后得到的組織為條片狀馬氏體+下貝氏體；

（2）45CrNiMoV鋼在950℃淬火+200℃低溫回火后得到的組織為回火馬氏體，因?yàn)轳R氏體板內(nèi)有碳化物析出，析出物明顯聚集長大，故組織顏色要比淬火馬氏體深；

（3）下貝氏體可在奧氏體晶界形核長大，也可以在晶內(nèi)形核。

參考文獻(xiàn)：

[1]戴起勛，程曉農(nóng).金屬材料學(xué)[M].化學(xué)工藝出版社，2005（06）.

[2]戚正風(fēng).金屬熱處理原理[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1986：154-168.

[3]劉宗昌，王海燕，計(jì)云萍，李文學(xué)，任慧平.鋼中貝氏體相變理論研究新進(jìn)展[J].內(nèi)蒙古科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2008（06）.

作者簡介：范肖萌（1988-），女，助教，教師。