等溫淬火對低合金鋼力學性能的影響

■王鵬，劉凱

低合金鋼廣泛應用于工程機械、橋梁、軌道交通等結構件，長期以來，通過熱處理途徑提高鋼的性能一直是研究重點。曾有人利用等溫處理的方法得到了強塑性都較好的復相組織鋼，這些研究揭示了等溫處理在提高組織性能方面具有一定的優(yōu)勢。因此，本文對中碳低合金鋼進行等溫淬火及回火，研究等溫時間及回火對顯微組織和性能的影響，通過等溫淬火方法以提高材料的強塑性和韌性，為該低合金鋼的應用提供支持。

1. 試驗材料

試驗用鋼的化學成分如表1所示。最終熱處理工藝為：隨爐升溫到900℃并保溫30 mi n，進行完全奧氏體化，到達保溫時間后立即放入280℃的鹽浴爐內，鹽浴等溫轉變0.5～1.5h，空冷至室溫；然后再進行加熱至250℃并保溫1.5h的回火處理，最后空冷至室溫，熱處理工藝如圖1所示。這樣得到的組織為無碳化物貝氏體組織。

通過金相顯微鏡觀察試樣顯微組織，通過掃描電鏡觀察試樣的斷口形貌。利用萬能電子拉伸試驗機進行試樣的力學性能測試，試樣為直徑5mm、標距25mm的標準拉伸試樣。利用沖擊試驗機測試試樣的沖擊韌度，試樣尺寸為1 0mm×10 mm×55mm的U型沖擊試樣。用X射線衍射儀對試樣中的相組成及其相對含量進行測量分析。

2. 試驗結果及討論

不同熱處理條件下的力學性能如表2所示。

由表2可以看出，隨著等溫時間的增加，試驗用鋼的硬度、抗拉強度和屈服強度降低，而斷面收縮率、斷后伸長率和沖擊韌度增加。通過對比回火與不回火試樣的性能可以看出，試樣經過回火后，強度和硬度降低，而塑性和韌性增加。這是由于回火消除了一部分位錯，從而使阻礙位錯運動的抗力降低，位錯易于運動，從而塑性增加。

試樣的顯微組織如圖2 所示。對比圖2中等溫不同時間的金相組織可以看出，顯微組織相似，但是等溫時間長的顯微組織較細。拉伸斷口形貌如圖3所示。由圖3可以看出，所有熱處理狀態(tài)下的斷口都為塑性斷裂，斷口形貌都為韌窩型，等溫1.5h并回火后的斷口韌窩小而深，因此塑性較好。

圖4是不同熱處理工藝下的X射線衍射圖，殘留奧氏體含量如表3所示，可見等溫時間短的，殘留奧氏體含量較多，等溫時間長的殘留奧氏體含量較少，并且回火后的殘留奧氏體含量較回火前的含量少，可見回火熱處理減少了殘留奧氏體含量?；鼗馃崽幚頃档蛢葢?，從而使受擠壓的殘留奧氏體發(fā)生轉變，轉變成馬氏體。而原有馬氏體會變成回火馬氏體，從而使強度降低，韌性增加。

表1 試驗用鋼的成分（質量分數） （%）

圖1 試樣熱處理工藝

圖2 金相組織

圖3 斷口形貌

表2 試驗用鋼的力學性能

表3 殘留奧氏體含量

圖4 不同熱處理狀態(tài)下的 X 射線衍射譜

3. 結語

（1）隨著等溫時間的延長，低合金高強鋼的抗拉強度及硬度略有降低，塑性略有增加，沖擊韌度由75J/cm2升高到81J/cm2。

（2）試驗用鋼經過回火后，塑性增加，抗拉強度及硬度略有降低，沖擊韌度由69J/cm2升高到81J/cm2。