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摘要：用模拟热处理炉对60Si2CrVA钢试样进行了低温等温转变处理，来探索获得低温贝氏体组织的热处理工艺。将试样加热到1000 ℃保温20 min奥氏体化，然后快速冷却到稍高于Ms温度保温不同时间。采用光学显微镜对处理后的60Si2CrVA钢的组织进行了研究。此外，还进行了硬度和室温拉伸性能的定量测定。
关键词：等温淬火；低温贝氏体
中图分类号：O3 文献标识码：A 文章编号：
1.前言
钢中2%（质量分数）的Si含量可产生一种独特的微观组织，即由贝氏体铁素体、富碳的残余奥氏体以及一些马氏体组成的无碳化物贝氏体组织。因为Si可以抑制了脆性渗碳体的析出，使韧性有了很大改善。但是，当残留奥氏体的含量超过由Ｔ0曲线（成分相同的铁素体和奥氏体具有相等自由能时的温度一成分曲线）给出的值时，无扩散生长被阻止，产生大量的未转变的奥氏体，这种奥氏体在应力的作用下将分解为硬脆的马氏体，又会使韧性降低[1]。然而，通过3个途径可以解决这个问题，即用置换溶质调整Ｔ0曲线到较高的碳浓度，控制平均碳含量，以及降低转变温度。试验表明，据此设计的钢的韧脆转变温度降低100Ｋ以上[2,3]。韌性可以达到明显高的水平，对于强度在1600～1700MPa范围的钢已经获得了近130MPa・m1/2的韧性值，与成本是这种钢的90倍的马氏体时效相当[4]。
本文采用低温等温淬火工艺对60Si2CrVA钢进行了研究，所选用的钢正是要利用其中Si抑制渗碳体的形成。目的就在于能深入探讨含Si高碳低合金钢的硬贝氏体形成规律、微观结构和力学性能特点。由于目前对这类低温贝氏体的研究还远远不够，此研究将对丰富钢中贝氏体转变理论，拓展高碳钢的组织强韧化的途径和应用领域，具有重要的理论意义及工程应用前景。
2. 实验
实验材料为退火态的60Si2CrVA商用弹簧钢，其化学成分(质量分数%)C -0.59, Si -1.61, Mn-0.56, Cr -1.01, V-0.13, Al-0.02, P-0.012, S -0.011。
使用模拟热处理炉对60Si2CrVA钢试样进行了低温等温转变处理。首先，加热到1000 ℃保温20 min，然后快速冷却到稍高于Ms的温度保温一定时间，即分别在235℃等温淬火8h和在270℃等温淬火3h后均空冷到室温。
3. 分析
3.1金相
图1中2组试样的热处理工艺均为经1000℃保温20 min奥氏体化后，(a)为在235℃等温淬火8h：(b)为在270℃等温淬火3h。
图160Si2CrVA钢经不同温度等温转变处理后得到的金相照片。
由图1可见，在60Si2CrVA钢经不同的低温等温转变处理后的金相照片中，暗色的是针叶状的贝氏体铁素体，亮色的是残留奥氏体。可以看出，经过相同温度和时间的奥氏体化后，经270 ℃等温淬火3 h后组织中存在大量的针叶状的贝氏体铁素体，而经235 ℃等温淬火8 h后组织中的其含量相对较少。
Cr、Si、V和A1等合金元素地存在，可以使C曲线右移，增加了过冷奥氏体的稳定性，而元素V又能强烈地细化奥氏体晶粒[5]。同时，合金元素Al和Cr都能不同程度地阻止奥氏体晶粒地长大。
3.2力学性能
表1经不同温度和不同时间等温处理后的60Si2CrVA钢试样的力学性能数据
可以看出，60Si2CrVA钢经235 ℃等温转变8 h后得到的组织硬度和拉伸强度值都较高，而拉伸之后的延伸率和断面收缩率都较低。相比较而言，经270℃等温转变3 h后得到组织的各项力学性能中硬度和拉伸强度偏低，延伸率和断面收缩率都相对较高。同时，两种工艺下得到了大小相同的屈服强度。
60Si2CrVA钢试样在较低的等温淬火温度下，获得了良好的力学性能，但其中硬度值远低于文献[3]中高碳、高硅钢的低温贝氏体组织的硬度。一个重要的原因是由于钢中的含碳量较低，导致了贝氏体铁素体中碳的过饱和度低。
图2经不同温度和不同时间等温处理后60Si2CrVA钢室温拉伸断口SEM观察
在宏观下对拉伸断口进行了观察，发现60Si2CrvA钢在室温拉伸过程中发生了明显的缩颈现象。为仔细观察试样在拉伸后断口的形貌，断口扫描照片如图2所示。可以看出，图2(a)经235℃等温转变8 h后的拉伸断口中存在较多的韧窝和撕裂棱，其中韧窝的大小不均匀。图(b)在经270℃等温转变3 h后的拉伸断口中，可看到暗色且较深的韧窝。在断裂的过程中，有较大的塑性变形，在单轴拉伸的受力条件下，在缩颈的中心处由于三向应力的发展，微裂纹是由韧窝微孔生核、发展和连接所形成的，这种断裂方式为穿晶断裂。同时观察到断口有很多大小不等的韧窝，这是塑性断裂的基本微观形态。
4. 结论
1） 60Si2CrVA钢经不同温度和不同时间的低温等温处理后，形成由无碳化物贝氏体铁素体板条和其问的薄膜状富碳的残留奥氏体两相组成的低温贝氏体，而不是下贝氏体。
2）60Si2CrVA钢试样经低温等温转变处理后，获得了良好的力学性能。经235 ℃等温转变8h后获得硬度54HRC、拉伸强度1980MPa和延伸率9．5％；经270 ℃等温转变3 h后获得硬度50HRC、拉伸强度1880MPa和延伸率10.5%。
参考文献：
[l ] H．K．D．H．Bhadeshia．Bainite in steels：transformations, properties．London：The Institute ofMaterials．2001：9
[2 ] H．K．D．H．Bhadeshia,D．V．Edmonds．Bainire in composition-property approach．Partl．Met．Sci，1983，17：41 1-419
[3 ] H．K．D．H．Bhadeshia,D．V．Edmonds．Bainite in eomposition-property approach．Part2．Met．Sci，1983，17：420-425microstruetures，and silicon steels：New silicon steels：NeW
[4] F．G．Caballero,H．K，D．H．Bhadeshia,K．J．A．Mawella,D．G．Jones．P．Brown．
Design ofnovel high-strength bainitie steels：Part I．Met．Sei．Technol，2001，17：512—516
[5 ] 张扬，宫心勇，赵宏敏．60Si2CrVA弹簧钢热处理工艺及性能研究．天津理工学院学报，
2003，1 9(1)：69-72
关键词：等温淬火；低温贝氏体
中图分类号：O3 文献标识码：A 文章编号：
1.前言
钢中2%（质量分数）的Si含量可产生一种独特的微观组织，即由贝氏体铁素体、富碳的残余奥氏体以及一些马氏体组成的无碳化物贝氏体组织。因为Si可以抑制了脆性渗碳体的析出，使韧性有了很大改善。但是，当残留奥氏体的含量超过由Ｔ0曲线（成分相同的铁素体和奥氏体具有相等自由能时的温度一成分曲线）给出的值时，无扩散生长被阻止，产生大量的未转变的奥氏体，这种奥氏体在应力的作用下将分解为硬脆的马氏体，又会使韧性降低[1]。然而，通过3个途径可以解决这个问题，即用置换溶质调整Ｔ0曲线到较高的碳浓度，控制平均碳含量，以及降低转变温度。试验表明，据此设计的钢的韧脆转变温度降低100Ｋ以上[2,3]。韌性可以达到明显高的水平，对于强度在1600～1700MPa范围的钢已经获得了近130MPa・m1/2的韧性值，与成本是这种钢的90倍的马氏体时效相当[4]。
本文采用低温等温淬火工艺对60Si2CrVA钢进行了研究，所选用的钢正是要利用其中Si抑制渗碳体的形成。目的就在于能深入探讨含Si高碳低合金钢的硬贝氏体形成规律、微观结构和力学性能特点。由于目前对这类低温贝氏体的研究还远远不够，此研究将对丰富钢中贝氏体转变理论，拓展高碳钢的组织强韧化的途径和应用领域，具有重要的理论意义及工程应用前景。
2. 实验
实验材料为退火态的60Si2CrVA商用弹簧钢，其化学成分(质量分数%)C -0.59, Si -1.61, Mn-0.56, Cr -1.01, V-0.13, Al-0.02, P-0.012, S -0.011。
使用模拟热处理炉对60Si2CrVA钢试样进行了低温等温转变处理。首先，加热到1000 ℃保温20 min，然后快速冷却到稍高于Ms的温度保温一定时间，即分别在235℃等温淬火8h和在270℃等温淬火3h后均空冷到室温。
3. 分析
3.1金相
图1中2组试样的热处理工艺均为经1000℃保温20 min奥氏体化后，(a)为在235℃等温淬火8h：(b)为在270℃等温淬火3h。
图160Si2CrVA钢经不同温度等温转变处理后得到的金相照片。
由图1可见，在60Si2CrVA钢经不同的低温等温转变处理后的金相照片中，暗色的是针叶状的贝氏体铁素体，亮色的是残留奥氏体。可以看出，经过相同温度和时间的奥氏体化后，经270 ℃等温淬火3 h后组织中存在大量的针叶状的贝氏体铁素体，而经235 ℃等温淬火8 h后组织中的其含量相对较少。
Cr、Si、V和A1等合金元素地存在，可以使C曲线右移，增加了过冷奥氏体的稳定性，而元素V又能强烈地细化奥氏体晶粒[5]。同时，合金元素Al和Cr都能不同程度地阻止奥氏体晶粒地长大。
3.2力学性能
表1经不同温度和不同时间等温处理后的60Si2CrVA钢试样的力学性能数据
可以看出，60Si2CrVA钢经235 ℃等温转变8 h后得到的组织硬度和拉伸强度值都较高，而拉伸之后的延伸率和断面收缩率都较低。相比较而言，经270℃等温转变3 h后得到组织的各项力学性能中硬度和拉伸强度偏低，延伸率和断面收缩率都相对较高。同时，两种工艺下得到了大小相同的屈服强度。
60Si2CrVA钢试样在较低的等温淬火温度下，获得了良好的力学性能，但其中硬度值远低于文献[3]中高碳、高硅钢的低温贝氏体组织的硬度。一个重要的原因是由于钢中的含碳量较低，导致了贝氏体铁素体中碳的过饱和度低。
图2经不同温度和不同时间等温处理后60Si2CrVA钢室温拉伸断口SEM观察
在宏观下对拉伸断口进行了观察，发现60Si2CrvA钢在室温拉伸过程中发生了明显的缩颈现象。为仔细观察试样在拉伸后断口的形貌，断口扫描照片如图2所示。可以看出，图2(a)经235℃等温转变8 h后的拉伸断口中存在较多的韧窝和撕裂棱，其中韧窝的大小不均匀。图(b)在经270℃等温转变3 h后的拉伸断口中，可看到暗色且较深的韧窝。在断裂的过程中，有较大的塑性变形，在单轴拉伸的受力条件下，在缩颈的中心处由于三向应力的发展，微裂纹是由韧窝微孔生核、发展和连接所形成的，这种断裂方式为穿晶断裂。同时观察到断口有很多大小不等的韧窝，这是塑性断裂的基本微观形态。
4. 结论
1） 60Si2CrVA钢经不同温度和不同时间的低温等温处理后，形成由无碳化物贝氏体铁素体板条和其问的薄膜状富碳的残留奥氏体两相组成的低温贝氏体，而不是下贝氏体。
2）60Si2CrVA钢试样经低温等温转变处理后，获得了良好的力学性能。经235 ℃等温转变8h后获得硬度54HRC、拉伸强度1980MPa和延伸率9．5％；经270 ℃等温转变3 h后获得硬度50HRC、拉伸强度1880MPa和延伸率10.5%。
参考文献：
[l ] H．K．D．H．Bhadeshia．Bainite in steels：transformations, properties．London：The Institute ofMaterials．2001：9
[2 ] H．K．D．H．Bhadeshia,D．V．Edmonds．Bainire in composition-property approach．Partl．Met．Sci，1983，17：41 1-419
[3 ] H．K．D．H．Bhadeshia,D．V．Edmonds．Bainite in eomposition-property approach．Part2．Met．Sci，1983，17：420-425microstruetures，and silicon steels：New silicon steels：NeW
[4] F．G．Caballero,H．K，D．H．Bhadeshia,K．J．A．Mawella,D．G．Jones．P．Brown．
Design ofnovel high-strength bainitie steels：Part I．Met．Sei．Technol，2001，17：512—516
[5 ] 张扬，宫心勇，赵宏敏．60Si2CrVA弹簧钢热处理工艺及性能研究．天津理工学院学报，
2003，1 9(1)：69-72