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摘要：机械制造业与石化行业快速发展背景下，对中碳低合金结构钢的应用提出更高的要求。以CrMo钢系中35CrMo钢为例，因其综合力学性能优势明显，被广泛用于各行业领域中。为提高35CrMo钢强度与韧性，要求采取有效的热处理工艺措施。本次研究将通过试验方式，分析35CrMo钢获得板条马氏体的热处理工艺。
关键词：35CrMo钢；板条马氏体；回火索氏体；热处理工艺
前言：
作为当前各行业零部件制造常用的结构钢类型，35CrMo钢具有淬透性好、综合力学性能高等优势，相比40CrNi钢以及38CrMnNi钢，用于大断面齿轮、轴的制作有一定优势。值得注意的是，尽管35CrMo钢在一般热处理下强度较高，但最终投入使用中可能存在塑韧性差问题，影响应用需求，此时需考虑如何在材料运用中做好韧性问题的改善，需通过热处理工艺的应用改进实现。因此，本文对35CrMo钢获得板条马氏体的热处理工艺的研究，具有十分重要的意义。
1 35CrMo钢获得板条马氏体的热处理工艺试验
1.1试验材料与条件
本次研究主要通过试验方式对35CrMo钢获得板条马氏体的热处理工艺分析，其中35CrMo钢尺寸为50mm×50mm×120mm，属于珠光体与铁素体组织。通过TASMAN仪器分析材料化学成分，C、Si、Mn、Cr、S、P、Mo、Ni与Cu质量分数分别为0.35%、0.23%、0.53%、0.90%、0.008%、0.010%、0.21%、0.05%与0.13%。试验工艺方面，本次研究主要为获取板条马氏体组织、回火索氏体，所以在热处理工艺方面选择两种形式，其中一种为淬火与回火结合方式，其中回火工艺温度不同，在此工艺下可获取回火索氏体。另外一种主要为获取板条马氏体，选择温淬火工艺，即贝氏体相变区盐浴[1]。两种热处理工艺下，有不同的工艺参数，如其中淬火与回火结合方式，工艺方式包括：①记A1工艺编号，工艺参数控制为回火450℃×40min，油淬860℃×30min；②记A2编号，工艺参数控制为回火550℃×40min，油淬860℃×30min；③记A3编号，工艺参数控制为回火650℃×40min，油淬860℃×30min。对于等温淬火方式，包括：①记B1编号，工艺参数控制为盐浴等温300℃×120min，油淬860℃×30min；②记B2编号，工艺参数控制为盐浴等温300℃×2min与390℃×120min盐浴等温，油淬860℃×30min；③记录B3编号，工艺参数控制为盐浴等温390℃×120min，油淬860℃×30min。
1.2试验方法
研究中主要通过拉伸试验方式开展试验过程，拉伸试验仪器选择INSTRON 8501型伺服液压设备，需对断面收缩率Z、断后伸长率A、名义屈服强度RP0.2与抗拉强度Rm进行测量计算。同时，做冲击试验，试验通过JB-30摆锤式冲击设备实现，取3根试样进行测试，得出平均值，為冲击吸收能量结果。同时，做洛氏硬度HRC测定，选择HR-150A型仪器，对试样5个点进行测定。另外，通过电镜与显微镜对金相组织以及材料的力学性能研究。
2 35CrMo钢获得板条马氏体的热处理工艺试验结果分析
2.1显微组织在不同热处理工艺下的表现
通过试验分析，对35CrMo钢在回火温度不同、淬火860℃条件下显微组织观察，可保持0.35%左右碳含量，经过淬火过程，获取残留奥氏体组织、板条马氏体，观察发现存在奥氏体与板条马氏体分解表现。进一步做回火与淬火工艺处理，板条马氏体形态消失，呈现球化特点。同时在该工艺处理方式下，35CrMo钢显微组织有暗色、亮色部分，分别为贝氏体组织与马氏体组织，当盐浴等温条件为300℃且保温120min，处理纤维组织可发现有马氏体组织形成，时间延长下有贝氏体组织形成，经过空冷奥氏体可能转变为马氏体。而选择盐浴等温300℃，保温2min，随后试验条件选择盐浴等温390℃，保温120min，该过程中马氏体组织有明显变化，出现回火转变情况，其余冷奥氏体在等贝氏体转变下，有贝氏体组织形成。另外，在盐浴等温390℃条件下，保温120min，获取少量马氏体组织与贝氏体组织。根据上述试验结果，比较在不同等温处理下，可获取不同的贝氏体含量，贝氏体含量随等温温度升高而提高。
2.2力学性能在不同热处理工艺下的表现
热处理工艺不同，试验材料的力学性能有一定差异。首先从回火与淬火热处理工艺看，不同工艺号取得的力学性能结果为：①工艺为A1，Rm结果1378MPa、RP0.2结果为1275MPa，A与Z结果分别为11.73%、47.92%，硬度达到42.9HRC；②工艺A2，Rm结果1118MPa、RP0.2结果为1037MPa，A与Z结果分别为12.77%、56.23%，硬度达到40.9HRC；③工艺A-3，Rm结果1014MPa、RP0.2结果为933MPa，A与Z结果分别为16.83%、60.9%，硬度达到32.1HRC。另外，采用温淬火工艺，获取的试验结果：①工艺B1，Rm结果1523MPa、RP0.2结果为1269MPa，A与Z结果分别为12.66%、53.76%，硬度达到45.2HRC；②工艺B2，Rm结果1304MPa、RP0.2结果为1138MPa，A与Z结果分别为12.89%、55.45%，硬度达到42.8HRC；③工艺B3，Rm结果1048MPa、RP0.2结果为840MPa，A与Z结果分别为16.59%、65.36%，硬度达到40.9HRC。通过这些结果可发现，回火温度升高下，碳原子不断扩散，晶体内部缺陷密度降低，最后淬火内应力消失，碳化物不断聚集，材料强度降低，塑韧性提升。
2.3冲击断口在不同热处理工艺下的形貌
冲击断口在不同热处理工艺下有不同表现，由35CrMo钢冲击断口看，构成包括放射区、纤维区与剪切唇等，温淬火工艺下，获取的组织状态均为脆性解理断口，且有裂纹非稳性扩展表现，撕裂能消耗较小，对冲击韧性无明显影响。若由纤维区看，韧窝在贝氏体含量增加下处于变形较大形态，意味冲击韧性提高。
3 35CrMo钢获得板条马氏体的热处理工艺应用相关建议
35CrMo钢在不同热处理工艺下，得到的分别为马氏体组织、回火索氏体组织，在组织形态上两种组织有一定差异，若单纯对比性能发现综合力学性能较高的为回火组织，马氏体强度较高且材料塑韧性也得到提高[2]。同时，在上述试验中能够发现，纤维区裂纹形成阶段是冲击吸收能量消耗的主要阶段，冲击吸收能量在放射区消耗减少。当裂纹形成后，相比回火索氏体组织，马氏体组织有较低的裂纹扩展能量[3]。
结论：
35CrMo钢是目前较多行业领域零部件制造的关键性材料。由于材料无法以最初形态应用，需经过热处理工艺保证其强度、塑韧性达到使用要求，本次研究中发现，淬火与回火结合条件下，获得的材料强度与塑韧性均能达到最佳，这可保证35CrMo钢应用优势得到最大程度的发挥。
参考文献：
[1]周军，樊湘芳，郑秋艳，等.35CrMo钢气瓶热处理时爆裂失效分析[J].金属热处理，2016，41（12）：182-186.
[2]王敏.局部热处理对升船机卷筒轴35CrMo钢制造性能及残余应力分布的影响[J].热加工工艺，2016，45（24）：236-238.
[3]苏磊，刘海红.热处理工艺对35CrMo钢组织及性能的影响[J].金属热处理，2016，41（06）：73-78.
关键词：35CrMo钢；板条马氏体；回火索氏体；热处理工艺
前言：
作为当前各行业零部件制造常用的结构钢类型，35CrMo钢具有淬透性好、综合力学性能高等优势，相比40CrNi钢以及38CrMnNi钢，用于大断面齿轮、轴的制作有一定优势。值得注意的是，尽管35CrMo钢在一般热处理下强度较高，但最终投入使用中可能存在塑韧性差问题，影响应用需求，此时需考虑如何在材料运用中做好韧性问题的改善，需通过热处理工艺的应用改进实现。因此，本文对35CrMo钢获得板条马氏体的热处理工艺的研究，具有十分重要的意义。
1 35CrMo钢获得板条马氏体的热处理工艺试验
1.1试验材料与条件
本次研究主要通过试验方式对35CrMo钢获得板条马氏体的热处理工艺分析，其中35CrMo钢尺寸为50mm×50mm×120mm，属于珠光体与铁素体组织。通过TASMAN仪器分析材料化学成分，C、Si、Mn、Cr、S、P、Mo、Ni与Cu质量分数分别为0.35%、0.23%、0.53%、0.90%、0.008%、0.010%、0.21%、0.05%与0.13%。试验工艺方面，本次研究主要为获取板条马氏体组织、回火索氏体，所以在热处理工艺方面选择两种形式，其中一种为淬火与回火结合方式，其中回火工艺温度不同，在此工艺下可获取回火索氏体。另外一种主要为获取板条马氏体，选择温淬火工艺，即贝氏体相变区盐浴[1]。两种热处理工艺下，有不同的工艺参数，如其中淬火与回火结合方式，工艺方式包括：①记A1工艺编号，工艺参数控制为回火450℃×40min，油淬860℃×30min；②记A2编号，工艺参数控制为回火550℃×40min，油淬860℃×30min；③记A3编号，工艺参数控制为回火650℃×40min，油淬860℃×30min。对于等温淬火方式，包括：①记B1编号，工艺参数控制为盐浴等温300℃×120min，油淬860℃×30min；②记B2编号，工艺参数控制为盐浴等温300℃×2min与390℃×120min盐浴等温，油淬860℃×30min；③记录B3编号，工艺参数控制为盐浴等温390℃×120min，油淬860℃×30min。
1.2试验方法
研究中主要通过拉伸试验方式开展试验过程，拉伸试验仪器选择INSTRON 8501型伺服液压设备，需对断面收缩率Z、断后伸长率A、名义屈服强度RP0.2与抗拉强度Rm进行测量计算。同时，做冲击试验，试验通过JB-30摆锤式冲击设备实现，取3根试样进行测试，得出平均值，為冲击吸收能量结果。同时，做洛氏硬度HRC测定，选择HR-150A型仪器，对试样5个点进行测定。另外，通过电镜与显微镜对金相组织以及材料的力学性能研究。
2 35CrMo钢获得板条马氏体的热处理工艺试验结果分析
2.1显微组织在不同热处理工艺下的表现
通过试验分析，对35CrMo钢在回火温度不同、淬火860℃条件下显微组织观察，可保持0.35%左右碳含量，经过淬火过程，获取残留奥氏体组织、板条马氏体，观察发现存在奥氏体与板条马氏体分解表现。进一步做回火与淬火工艺处理，板条马氏体形态消失，呈现球化特点。同时在该工艺处理方式下，35CrMo钢显微组织有暗色、亮色部分，分别为贝氏体组织与马氏体组织，当盐浴等温条件为300℃且保温120min，处理纤维组织可发现有马氏体组织形成，时间延长下有贝氏体组织形成，经过空冷奥氏体可能转变为马氏体。而选择盐浴等温300℃，保温2min，随后试验条件选择盐浴等温390℃，保温120min，该过程中马氏体组织有明显变化，出现回火转变情况，其余冷奥氏体在等贝氏体转变下，有贝氏体组织形成。另外，在盐浴等温390℃条件下，保温120min，获取少量马氏体组织与贝氏体组织。根据上述试验结果，比较在不同等温处理下，可获取不同的贝氏体含量，贝氏体含量随等温温度升高而提高。
2.2力学性能在不同热处理工艺下的表现
热处理工艺不同，试验材料的力学性能有一定差异。首先从回火与淬火热处理工艺看，不同工艺号取得的力学性能结果为：①工艺为A1，Rm结果1378MPa、RP0.2结果为1275MPa，A与Z结果分别为11.73%、47.92%，硬度达到42.9HRC；②工艺A2，Rm结果1118MPa、RP0.2结果为1037MPa，A与Z结果分别为12.77%、56.23%，硬度达到40.9HRC；③工艺A-3，Rm结果1014MPa、RP0.2结果为933MPa，A与Z结果分别为16.83%、60.9%，硬度达到32.1HRC。另外，采用温淬火工艺，获取的试验结果：①工艺B1，Rm结果1523MPa、RP0.2结果为1269MPa，A与Z结果分别为12.66%、53.76%，硬度达到45.2HRC；②工艺B2，Rm结果1304MPa、RP0.2结果为1138MPa，A与Z结果分别为12.89%、55.45%，硬度达到42.8HRC；③工艺B3，Rm结果1048MPa、RP0.2结果为840MPa，A与Z结果分别为16.59%、65.36%，硬度达到40.9HRC。通过这些结果可发现，回火温度升高下，碳原子不断扩散，晶体内部缺陷密度降低，最后淬火内应力消失，碳化物不断聚集，材料强度降低，塑韧性提升。
2.3冲击断口在不同热处理工艺下的形貌
冲击断口在不同热处理工艺下有不同表现，由35CrMo钢冲击断口看，构成包括放射区、纤维区与剪切唇等，温淬火工艺下，获取的组织状态均为脆性解理断口，且有裂纹非稳性扩展表现，撕裂能消耗较小，对冲击韧性无明显影响。若由纤维区看，韧窝在贝氏体含量增加下处于变形较大形态，意味冲击韧性提高。
3 35CrMo钢获得板条马氏体的热处理工艺应用相关建议
35CrMo钢在不同热处理工艺下，得到的分别为马氏体组织、回火索氏体组织，在组织形态上两种组织有一定差异，若单纯对比性能发现综合力学性能较高的为回火组织，马氏体强度较高且材料塑韧性也得到提高[2]。同时，在上述试验中能够发现，纤维区裂纹形成阶段是冲击吸收能量消耗的主要阶段，冲击吸收能量在放射区消耗减少。当裂纹形成后，相比回火索氏体组织，马氏体组织有较低的裂纹扩展能量[3]。
结论：
35CrMo钢是目前较多行业领域零部件制造的关键性材料。由于材料无法以最初形态应用，需经过热处理工艺保证其强度、塑韧性达到使用要求，本次研究中发现，淬火与回火结合条件下，获得的材料强度与塑韧性均能达到最佳，这可保证35CrMo钢应用优势得到最大程度的发挥。
参考文献：
[1]周军，樊湘芳，郑秋艳，等.35CrMo钢气瓶热处理时爆裂失效分析[J].金属热处理，2016，41（12）：182-186.
[2]王敏.局部热处理对升船机卷筒轴35CrMo钢制造性能及残余应力分布的影响[J].热加工工艺，2016，45（24）：236-238.
[3]苏磊，刘海红.热处理工艺对35CrMo钢组织及性能的影响[J].金属热处理，2016，41（06）：73-78.