對(duì)低碳低合金鋼的強(qiáng)韌化已進(jìn)行了廣泛的研究

1、使20Cr鋼制零件具有較高的強(qiáng)韌性對(duì)低碳低合金鋼的強(qiáng)韌化已進(jìn)行了廣泛的研究。用熱處理方法提高其強(qiáng)韌性的主要途徑是:（1）獲得具有高密度位錯(cuò)的板條馬氏體；（2）獲得具有良好強(qiáng)韌性的準(zhǔn)上貝氏體, 粒狀貝氏體和下貝氏體;（3) 獲得短纖維狀板條馬氏體和具有高位錯(cuò)密度的針條狀鐵素體的雙相組織; （4）細(xì)化晶粒。以下主要是獲得這些強(qiáng)韌化因素的不同組合, 對(duì)20Cr 鋼強(qiáng)度、塑性和韌性產(chǎn)生不同的影響, 從而獲得對(duì)20Cr 鋼具有最好綜合力學(xué)性能的強(qiáng)韌化熱處理工藝。1. 馬氏體分級(jí)淬火具有最好的強(qiáng)韌性 20Cr鋼含碳量較低,Ms點(diǎn)為390°C,淬火后能獲得全板條狀馬氏體。經(jīng)200°C分級(jí)

2、淬火既降低了淬火應(yīng)力, 同時(shí)使已轉(zhuǎn)變的馬氏體及時(shí)回火。使馬氏體中的碳原子向位錯(cuò)偏聚, 一部分以碳化物從馬氏體中析出。這樣使馬氏體的強(qiáng)度基本不降低而塑性和韌性提高。200°C分級(jí)淬火又促使馬氏體板條間的殘留奧氏體量增加。所以200°C分級(jí)淬火工藝比普通油淬工藝獲得的低碳馬氏體具有更高的塑性和韌性, 且淬火變形也最小。采用10%NaCl水溶液作冷卻介質(zhì)的急冷淬火能獲得100%低碳馬氏體。經(jīng)較高溫度回火后,也能獲得與200°C分級(jí)淬火相近的強(qiáng)韌性。但其變形大, 實(shí)用性就大大地受到限制。2. 兩相區(qū)再加熱馬氏體分級(jí)(200°C)淬火有較高的強(qiáng)韌性兩相區(qū)再加熱20

3、0°C分級(jí)淬火, 特別是略低于Ac3兩相區(qū)分級(jí)淬火比各種類型的兩相區(qū)加熱淬火有更好的強(qiáng)韌性。其提高強(qiáng)韌性的原因與上述工藝相同。其顯微組織為條塊狀鐵素體+板條狀馬氏體。3. 兩相區(qū)再加熱貝氏體等溫淬火有良好的強(qiáng)塑性采用鐵素體貝氏體復(fù)相熱處理的20Cr 鋼, b 在( 600700)MPa范圍內(nèi)具有良好的塑性和韌性。特別是低溫回火工藝具有最佳的強(qiáng)塑性配合。經(jīng)淬火后的顯微組織均為鐵素體+ 粒狀貝氏體和準(zhǔn)上貝氏體。鐵素體的數(shù)量、形態(tài)、大小和分布根據(jù)奧氏體化加熱溫度在兩相區(qū)的位置不同而變化。靠近Ac3加熱, 鐵素體數(shù)量少, 成塊狀, 晶粒尺寸大, 鐵素體中遺傳獲得的可動(dòng)位錯(cuò)密度低, 貝氏體量多

4、。b、0.2相對(duì)比較高, 屈強(qiáng)比高,塑性和韌性相對(duì)低。而靠近Acl 加熱, 則鐵素體數(shù)量多, 且成針條狀, 晶粒尺寸小, 鐵素體從馬氏體遺傳獲得的位錯(cuò)密度高。貝氏體數(shù)量少,b、0.2相對(duì)較低, 屈強(qiáng)比低, 塑性、韌性高, 有利于冷成形加工。貝氏體的形態(tài)主要決定奧氏體的成分和等溫溫度及停留時(shí)間。所獲得的貝氏體, 基本上是球狀貝氏體和準(zhǔn)上貝氏體的混合組織。球狀貝氏體是由板條鐵素體與排列有序的島狀物組成。鐵素體內(nèi)為互相接觸的亞結(jié)構(gòu), 無(wú)碳化物。島狀物為富碳奧氏體, 室溫轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體膜包圍的馬氏體島。準(zhǔn)上貝氏體由板條鐵素體和條間富碳的奧氏體膜組成, 條間基本上不析出碳化物。這兩種上貝氏體具有良好的強(qiáng)塑

5、性, 屈強(qiáng)比低, 較高的硬化指數(shù), 冷成型加工性能好。值得注意的是準(zhǔn)上貝氏體和球狀貝氏體中存在的富碳奧氏體膜, 在(400550)°C回火時(shí)會(huì)引起奧氏體膜分解。在板條界形成斷續(xù)的碳化物膜, 并在回火冷卻時(shí), 使部分殘留奧氏體轉(zhuǎn)變成二次淬火馬氏體。產(chǎn)生貝氏體回火脆性。經(jīng)400550回火,K反而降低, 就是因高韌性的富碳奧氏體膜分解為斷續(xù)碳化物膜和冷卻時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榇慊瘃R氏體所致。4. 20Cr鋼低碳馬氏體淬火+ 回火強(qiáng)韌性優(yōu)于各類兩相區(qū)淬火+ 回火20Cr 鋼經(jīng)淬火后均獲得板條狀馬氏體, 其強(qiáng)韌性優(yōu)于獲得鐵素體+ 板條馬氏體和片狀馬氏體的混合組織的各種類型兩相區(qū)( 亞溫) 淬火。僅在鐵素體較

6、多的情況下, 有高的強(qiáng)塑性, 有利于冷成型加工。從綜合性能考慮, 20Cr 鋼完全淬火比亞溫淬火好。5. 20Cr鋼的熱處理脆性20Cr 鋼獲得100%馬氏體時(shí), 存在輕微的300回火脆性。如200°C 回火K 67. 1J/ cm2 降至300°C 回火K 54J/ cm2。熱處理時(shí)應(yīng)避開(kāi)300°C回火脆性區(qū)。20Cr鋼的低碳馬氏體不存在高溫回火脆性。20Cr鋼在獲得鐵素體和球狀貝氏體( 或準(zhǔn)上貝氏體) 組織時(shí), 在( 400 550°C范圍回火出現(xiàn)貝氏體回火脆性。采用工藝時(shí)應(yīng)避免在( 400550) °C回火。6結(jié)論（1）20Cr鋼200&

7、#176;C分級(jí)淬火, 能獲得最好的綜合力學(xué)性能, 強(qiáng)韌化效果最顯著。（2）20Cr鋼在接近Ac3的兩相區(qū)再加熱200°C分級(jí)淬火,比普通淬火和各種類型的兩相區(qū)淬火, 綜合力學(xué)性能優(yōu)越, 強(qiáng)韌化效果好。（3）20Cr鋼在接近Acl的兩相區(qū)再加熱400°C等溫淬火, 能得到鐵素體和準(zhǔn)上貝氏體及球狀貝氏體組織。具有最好的強(qiáng)塑性配合, 有良好的冷成型加工性。（4）20Cr鋼低碳馬氏體淬火綜合力學(xué)性能優(yōu)于各種類型的兩相區(qū)(亞溫) 淬火。（5）20Cr鋼淬火后獲得全板條馬氏體組織, 存在300°C 低溫回火脆性。淬火后獲得準(zhǔn)上貝氏體和球狀貝氏體, 在400550°

8、C 回火, 出現(xiàn)貝氏體回火脆性。應(yīng)免避在脆性區(qū)回火。表2熱處理工藝方案及基本工藝參數(shù)編號(hào)熱處理工藝名稱工藝參數(shù)1 低碳馬氏體淬火+ 回火860°C ×15min 淬油+ M12 低碳馬氏體淬火+ 回火880°C ×15min 淬油+ M13 低碳馬氏體淬火+ 回火900°C ×15min 淬油+ M14 低碳馬氏體淬火+ 回火920°C ×15min 淬油+ M15 兩相區(qū)再加熱淬火+ 回火880°C ×15min 淬油, 820°C ×15min 淬油+ M16 兩相區(qū)再加

9、熱淬火+ 回火880°C ×15min 淬油, 800°C ×15min 淬油+ M17 兩相區(qū)再加熱淬火+ 回火880°C ×15min 淬油, 780°C ×15min 淬油+ M18 兩相區(qū)再加熱淬火+ 回火880°C ×15min 淬油, 770°C ×15min 淬水+ M19 兩相區(qū)加熱淬火+ 回火820°C ×15min 淬油+ M110 兩相區(qū)加熱淬火+ 回火800°C ×15min 淬油+ M111 兩相區(qū)加熱淬火+

10、回火780°C ×15min 淬油+ M112 兩相區(qū)加熱淬火+ 回火770°C ×15min 淬水+ M113高溫奧氏體化后Ar3 以上淬火+ 回火1050°C × 10min, 進(jìn)入820°C鹽浴×15min 淬油+ M114高溫奧氏體化后兩相區(qū)淬火+ 回火1050°C × 10min 進(jìn)入800°C鹽浴×15min 淬油+ M115高溫奧氏體化后兩相區(qū)淬火+ 回火1050°C × 10min 進(jìn)入780°C鹽浴×15min 淬油+

11、 M116高溫奧氏體化后兩相區(qū)淬火+ 回火1050°C × 10min 進(jìn)入760°C鹽浴×15min 淬油+ M117 馬氏體分級(jí)淬火+ 回火880°C ×15min 淬入200°C 硝鹽×20min 淬油+ M118兩相區(qū)再加熱馬氏體分級(jí)淬火+ 回火880°C ×15min 淬油, 820°C ×15min 淬入200°C 硝鹽×20min 淬油+ M119兩相區(qū)再加熱馬氏體分級(jí)淬火+ 回火880°C ×15min 淬油, 800&

12、#176;C ×15min 淬入200°C 硝鹽×20min 淬油+ M120兩相區(qū)再加熱馬氏體分級(jí)淬火+ 回火880°C ×15min 淬油, 780°C ×15min 淬入200°C 硝鹽×20min 淬油+ M121兩相區(qū)再加熱貝氏體等溫淬火+ 回火880°C ×15min 淬油, 820°C ×15min 淬入400°C 硝鹽×5min 淬油+ M 122兩相區(qū)再加熱貝氏體等溫淬火+ 回火880°C ×15min 淬油

13、, 800°C ×15min 淬入400°C 硝鹽×5min 淬油+ M 123兩相區(qū)再加熱貝氏體等溫淬火+ 回火880°C ×15min 淬油, 780°C ×15min 淬入400°C 硝鹽×5min 淬油+ M 124 急冷低碳馬氏體淬火+ 回火880°C ×15min 淬水+ M2A 馬氏體分級(jí)淬火+ 回火880°C ×15min 淬入280°C 硝鹽×2h 淬油+ 200°C × 1h 回火B(yǎng) 貝氏體等溫淬火+ 回火880°C ×15min 淬入400°C 硝鹽