鋼的MB復相熱處理技術進展

1、平職學院2007年度優(yōu)秀論文評獎申報表論文題目鋼的（M+B ）復相熱處理技術研究作者發(fā)表的刊物名稱機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新1張君 2、董笑鵬刊號ISSN 1002-6673CN11-3913/TM些主時茴核心發(fā)表時間2007.5交流的會議名稱（主 辦單位）交流日期交流獲獎情況交流獲獎級別指出目前理論界初步認為（M+B ）兩相組織對冋時提高鋼強韌性方面的貢獻，主要是適量的先析貝氏體分割了奧氏體晶粒，細化了有效晶粒，減小了隨著轉變形 成的馬氏體領域條片尺寸，縮短了單位裂紋長度，降低了脆性轉變溫度。但這些理 論均存在著局限性，值得進一步研究、探討。專業(yè)評審組意見附件：論文內(nèi)容（必須和發(fā)表刊登的文章內(nèi)容完全

2、一致）鋼的（M+B復相熱處理技術研究張君 董笑鵬（平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院，河南平頂山467001 ）摘要：指出目前理論界初步認為（M+B兩相組織對同時提高鋼強韌性方面的貢獻，主要是適量的先析貝氏體分割了奧氏體晶粒，細化了有效晶粒，減小了隨著轉變形成的馬氏體領域條片 尺寸，縮短了單位裂紋長度，降低了脆性轉變溫度。但這些理論均存在著局限性，值得進一步 研究、探討。關鍵詞： 復相熱處理低碳低合金鋼中碳中合金剛 高碳高合金鋼貝氏體馬氏體0引言隨著科學技術的不斷發(fā)展，社會和生產(chǎn)對金屬材料提出了越來越高的要求。還必須探索 新工藝，使材料在強度不降低或降低不多的前提下，韌性得到較大提高。復相熱處理國內(nèi)外對

3、于這方面的研究雖然不多，但還是有一定的進展并取得了一定的效果。所謂復相熱處理，就是將處理成不同比例、形貌和分布的兩相復合組織的一種熱處理工藝 途徑。隨著材料科學的發(fā)展，近年來，人們開始對不同鋼材如低碳低合金鋼、中碳合金鋼及高 碳合金鋼的馬氏體、貝氏體的復合組織的研究，越來越感興趣，并引起了重視，同時進行了或 多或少的研究，取得一定的進展和成果，意識到，復合熱處理有可能發(fā)展成為一種使鋼的性能 更臻于完善、材料潛力得到進一步發(fā)揮的熱處理的新領域。1低碳低合金鋼日本住友金屬工業(yè)中央研究所的技術工作者指出，連續(xù)冷卻轉變時，如果在馬氏體轉變前，先形成1020%勺貝氏體（下貝氏體或BII型貝氏體），其余的

4、過冷奧氏體在隨后轉變?yōu)轳R氏體， 從而獲得馬氏體+10 205B的雙相組織。由于先形成的貝氏體條束分裂了過冷奧氏體晶粒，細化了有效晶粒，減少了解理裂紋的平均自由行程或單位裂紋長度，所以提高了沖擊韌性，降低了 脆性轉變溫度。采用T-1低碳合金高強度鋼板制取試樣，在氬氣保護下，在1200 A化15分鐘（冰鹽水或油），控制不同冷卻速度。所得的組織平均領域尺寸和單位裂紋長（Lc）不同，其數(shù)據(jù)如下表：表一：不同冷卻速度單位與對應的不同組織的領域尺寸馬氏體M-BB37.8 m12.0 i m11.7 i m表二：不同冷卻速度所得的不同組織及單位裂紋長度Lc的數(shù)據(jù)板厚(mm)800-500 C的冷卻時間顯微組

5、織Lc( m)n4.7M35.912M-B兩相混合組織11.040微細B-B n型13.1260粗大B-Bj型23.2根據(jù)以上得出的實驗結果，可以看出熱處理對低溫韌性的改善比較突出，但對強度、延塑性的改善不甚明顯。因此，這里必然有一個發(fā)揮強化作用最佳的強度范圍。對于這一問題，日本的大森、大谷、幫武等科學工作者， 進行了另一種復相熱處理工藝研究，即等溫淬火復相熱處理工藝。所謂等溫熱處理工藝就是鋼在A化加熱后，淬火恒溫下保持在 B下溫度范圍或低于Ms溫度15-20的熱浴中，停留適當?shù)臅r間，形成適量(15%的先轉變的B下，隨后淬火使剩下的過冷奧氏體轉變?yōu)轳R氏體(可以還殘留一定量的熱穩(wěn)定奧氏體)，最后

6、得到 M+15%的兩相混合組織，能使高碳鋼得到強化，而不降低其韌性。國內(nèi)的一些專家對低碳合金鋼的馬氏體、貝氏體的復相組織的強韌性配合也作了一些研究。利用12M nN iCrCU氐碳合金鋼，采用低于臨界淬火速度的冷卻速度，使其過冷奧氏體在馬氏體相 變之前，即先形成10%-20%勺板條狀貝氏體，繼續(xù)冷卻時其余奧氏體轉變?yōu)榈吞?低合金)板條 狀馬氏體，結果發(fā)現(xiàn)這種M+BF的復合組織比馬氏體或 B下的單相組織的強韌性都有很大的提高， 并且脆性轉變溫度較低。2中碳中合金鋼關于這方面的研究目前雖然還較少，但也取得了一些成績。用5CrMnM的中碳中合金鋼，進行等溫復相熱處理工藝的研究也取得了一定的成果。研究

7、結果得出這樣的結論：(1) 適當比例的馬氏體 M,下貝氏體回火組織或 B下具有更佳的強度、 塑性和韌性配合。 以馬 氏體為基體含25-40%的復合組織的低溫回火后的強度接近于高強度的回火馬氏體，但塑性、 韌性比后者優(yōu)越得多，其中韌性的提高尤為明顯，如與單相馬氏體相比，下降約6%而KIC上升約90%(2) 當馬氏體中存在2540%BF時，這種復合組織的強度高于混合定則，主要是由于馬 氏體基體對B下有塑性約束作用，以B下量 針狀分割A晶粒，使得等效的A晶粒細化，同時馬氏體 束，板條和碳化物亦細化。這種復合組織的韌性顯著提高，則是由于解理單元細化，以及由于 少量B下通過塑性變形而有效地緩和裂紋尖端的

8、三向拉伸應力狀態(tài)，因而使斷裂機制發(fā)生明顯改變。(3) MB下復合組織經(jīng)中溫回火后,d S下降極少，而韌性明顯上升，可獲得更高的強韌化配合。MB下復合組織的低溫回火脆性不明顯。經(jīng)中溫回火后的25% B下與M的超高強度并兼有 B下的高韌性。(4) 隨著回火溫度升高，MBt合組織的性能與單相馬氏體回火逐漸靠近，但在500C回火后，前者仍優(yōu)于后者。(5) 由于B上呈塊狀，沿奧氏體晶界析出，對 M無細化作用，而且它本身在三向拉伸應力集 中作用下易解理，所以，當其存在于馬氏體基體中時，對強度，塑性均有不利的作用。但它可促進復合組織裂紋出現(xiàn)分散和使解理改變方向，因而B上 M的復合組織韌性比單相馬氏體的韌性有

9、所提高。3 高碳合金鋼 目前，對于這方面的研究，雖然已作了一些工作，但是仍不十分廣泛，因此，下面我們就 主要介紹一下關于 GG15岡、GrWM鋼、T10鋼等高碳合金鋼目前在國內(nèi)外的發(fā)展狀況和所取得的 一些成果。3.1 在高碳鋼(如T10)中發(fā)現(xiàn)了另外的一種嶄新的析條狀下貝氏體組織。(1) 高碳鋼的奧氏體化，在超過一定溫度以后，并于Ms點約200C左右間等溫處理后，可得到一 種析條狀下貝氏體。(2) 隨著奧氏體化的升高，高碳鋼的C曲線將發(fā)生一些變化(如 T10鋼)球光體轉變部分明顯右 移，而貝氏體轉變部分(除 Ms點以上40-50 C區(qū)域外)無明顯變化。(3) 高碳鋼T10鋼高溫奧氏體化后，羽毛

10、狀貝氏體、針狀貝氏體、板條狀貝氏體三者的等溫形 成溫度是依次降低的，而硬度值則依次是上升高的。3.2關于GG1鋼NaKaZaW等在研究GG1鋼淬火、回火時馬氏體顯微組織與斷裂特征關系時認為，高于Acm3/23/2點A化溫度淬火比一般淬火溫度下的Ksc略有提高(由53.6kgf/mm 次方，提高到61kg/mm )。而R.JKar等則認為，低溫淬火時未溶的殘余碳化物將成為裂紋核心。而高于Acm淬火時，馬氏體共格切變時，顯微裂紋的形成顯著增加，因而淬火、回火態(tài)組織總出現(xiàn)低的KIC值，并認為二次奧氏體化等溫淬火得到M與B混合組織，可以提高其強韌性。在國內(nèi)同樣也用等溫淬火復相熱處理工藝對一些高碳鋼的復

11、相組織進行了一些研究。對GG15鋼 采用等溫淬火復相熱處理，研究結果表明，當B%約15-17%時，混合組織的鋼其強度、塑性和韌性達到最佳的配合，彎曲強度與抗拉強度均比普通淬火、回火處理的鋼提高近一倍， 沖擊韌性提高近四倍，接觸疲勞提高40kgf/mm2，使軸承鋼的潛力得到了較好的發(fā)揮。同樣，他用6Cr4W2Mo2鋼作等溫復相熱處理，結果為彎曲強度、沖擊韌性和耐磨性能均比回火馬氏體組 織有較大的提高 。固溶微細球化預處理后經(jīng) 890 C X1h等溫淬火得到細小條狀 M/B基體上分布有一定數(shù)量細小的碳化物復合組織，其d s及KIC則均顯著提高，宏觀塑性也明顯改善，d S為232kg/mmf. b

12、0.2為187.6kgf/mm 2,KIC為kgf/mm3/2.這種等溫淬火前的固溶微細球化預處理，具有數(shù)量較多及細化 均勻分布的碳化物， 在奧氏體加熱時形成奧氏體核心較多， 淬火后得到較小的奧氏體晶粒和 M/B 條狀組織中的條寬度及束徑減小，且在M/B基體上分布著一定數(shù)量的細小均勻的碳化物，如此種種因素的總和，從而使軸承鋼具有較高的強度及韌性。3.3對CrWM鋼等高碳合金鋼進行復相組織的研究采用固溶微細球化預處理作為原始組織，以后經(jīng)淬火、回火及不同等溫淬火，獲得不同比 例的M+BF的復合組織。結果為經(jīng)過這種微細球化處理后的M/B混合組織，其晶間斷裂比例明顯減少，韌窩比例顯著增加。當貝氏體B為

13、50%B寸，晶間斷裂幾乎消失。這是由于具有適當比例的 M/B混合組織等溫淬火時先轉變的部分B分割A晶粒，減小了隨后轉變成的M尺寸。斷口斷裂單元也較全 M組織或B組織顯著減小。4 結束語(1)馬氏體、貝氏體兩相組織，在強韌性提高方面的貢獻，主要是適量的先析貝氏體分割 了奧氏體晶粒，細化了有效晶粒，并減小了隨著轉變形成的馬氏體的領域條片尺寸的緣故。(2) M-B雙相鋼的強韌性理論只用細化有效晶粒模型是不夠的，它不能解釋對低碳低合金鋼 有顯著的韌化效果，而強化作用卻極不顯著。而對較高的高碳的低合金卻獲得了強度、韌性雙 提高的結果 。(3) 提高低溫韌性的實質(zhì)是 M-B雙相組織，在等強度下與回火相比時

14、，當d s 1000N/mm時，普通鋼的淬火、回火的脆性轉變溫度(VTrS)低于雙相組織，而當 d s大于1000N/mnn平方時， 雙相組織才得更低的轉變溫度。大森等簡單地用回火馬氏體有 500 C脆化予以解釋；邦武等則認為Lc與脆性轉變溫度有線性關系，loLc 1/2越大，VTrS越低。那么為什么雙相組織中的先析出B的體積比又有一個最佳值( 15%-20%、 25%-40%)的問題，此時脆性轉變溫度達最低值. 因此細化有效晶粒的模型，不能作出較為圓滿的解釋。(4 )影響斷裂韌性的機制，M-B兩相混合組織，對斷裂韌性影響的研究還不多，但得到一致的結論，即M與B下的混合組織對主裂紋前端裂紋發(fā)展

15、的作用是不同的，晶粒愈細，斷裂韌性越 高，但Zackay與Knoff卻得出與此相反的結論，即 A晶粒粗化，能使斷裂韌性值 KIC提高，這就需 要對M-B雙相組織的斷裂機理進行更全面更深層次的挖掘探討，其中大有文章可作。Development of steel in(M+B) Duplex Heat TreatmentZhangjun Dong Xiao peng(1.PingdingshanIndustrial College of Technology，Henan Pingdingshan 467001，China) Abstract: The paper introduces invest

16、igative actuality of some science author at domestic and overseas in that duplex heat treatment have effected the strength and toughness in low carbon,medium carbon and high carbon steel.The theory at present think that the precipitation can enhence the strength and toughness by the means of cutting austenite grain,refining the effective grain,constricting the length of crack,reducing brittleness transf