对低碳低合金钢的强韧化已进行了广泛的研究

1、使20Cr钢制零件具有较高的强韧性对低碳低合金钢的强韧化已进行了广泛的研究。用热处理方法提高其强韧性的主要途径是:（1）获得具有高密度位错的板条马氏体；（2）获得具有良好强韧性的准上贝氏体, 粒状贝氏体和下贝氏体;（3) 获得短纤维状板条马氏体和具有高位错密度的针条状铁素体的双相组织; （4）细化晶粒。以下主要是获得这些强韧化因素的不同组合, 对20Cr 钢强度、塑性和韧性产生不同的影响, 从而获得对20Cr 钢具有最好综合力学性能的强韧化热处理工艺。1. 马氏体分级淬火具有最好的强韧性 20Cr钢含碳量较低,Ms点为390°C,淬火后能获得全板条状马氏体。经200°C分级

2、淬火既降低了淬火应力, 同时使已转变的马氏体及时回火。使马氏体中的碳原子向位错偏聚, 一部分以碳化物从马氏体中析出。这样使马氏体的强度基本不降低而塑性和韧性提高。200°C分级淬火又促使马氏体板条间的残留奥氏体量增加。所以200°C分级淬火工艺比普通油淬工艺获得的低碳马氏体具有更高的塑性和韧性, 且淬火变形也最小。采用10%NaCl水溶液作冷却介质的急冷淬火能获得100%低碳马氏体。经较高温度回火后,也能获得与200°C分级淬火相近的强韧性。但其变形大, 实用性就大大地受到限制。2. 两相区再加热马氏体分级(200°C)淬火有较高的强韧性两相区再加热20

3、0°C分级淬火, 特别是略低于Ac3两相区分级淬火比各种类型的两相区加热淬火有更好的强韧性。其提高强韧性的原因与上述工艺相同。其显微组织为条块状铁素体+板条状马氏体。3. 两相区再加热贝氏体等温淬火有良好的强塑性采用铁素体贝氏体复相热处理的20Cr 钢, b 在( 600700)MPa范围内具有良好的塑性和韧性。特别是低温回火工艺具有最佳的强塑性配合。经淬火后的显微组织均为铁素体+ 粒状贝氏体和准上贝氏体。铁素体的数量、形态、大小和分布根据奥氏体化加热温度在两相区的位置不同而变化。靠近Ac3加热, 铁素体数量少, 成块状, 晶粒尺寸大, 铁素体中遗传获得的可动位错密度低, 贝氏体量多

4、。b、0.2相对比较高, 屈强比高,塑性和韧性相对低。而靠近Acl 加热, 则铁素体数量多, 且成针条状, 晶粒尺寸小, 铁素体从马氏体遗传获得的位错密度高。贝氏体数量少,b、0.2相对较低, 屈强比低, 塑性、韧性高, 有利于冷成形加工。贝氏体的形态主要决定奥氏体的成分和等温温度及停留时间。所获得的贝氏体, 基本上是球状贝氏体和准上贝氏体的混合组织。球状贝氏体是由板条铁素体与排列有序的岛状物组成。铁素体内为互相接触的亚结构, 无碳化物。岛状物为富碳奥氏体, 室温转变为奥氏体膜包围的马氏体岛。准上贝氏体由板条铁素体和条间富碳的奥氏体膜组成, 条间基本上不析出碳化物。这两种上贝氏体具有良好的强塑

5、性, 屈强比低, 较高的硬化指数, 冷成型加工性能好。值得注意的是准上贝氏体和球状贝氏体中存在的富碳奥氏体膜, 在(400550)°C回火时会引起奥氏体膜分解。在板条界形成断续的碳化物膜, 并在回火冷却时, 使部分残留奥氏体转变成二次淬火马氏体。产生贝氏体回火脆性。经400550回火,K反而降低, 就是因高韧性的富碳奥氏体膜分解为断续碳化物膜和冷却时转变为淬火马氏体所致。4. 20Cr钢低碳马氏体淬火+ 回火强韧性优于各类两相区淬火+ 回火20Cr 钢经淬火后均获得板条状马氏体, 其强韧性优于获得铁素体+ 板条马氏体和片状马氏体的混合组织的各种类型两相区( 亚温) 淬火。仅在铁素体较

6、多的情况下, 有高的强塑性, 有利于冷成型加工。从综合性能考虑, 20Cr 钢完全淬火比亚温淬火好。5. 20Cr钢的热处理脆性20Cr 钢获得100%马氏体时, 存在轻微的300回火脆性。如200°C 回火K 67. 1J/ cm2 降至300°C 回火K 54J/ cm2。热处理时应避开300°C回火脆性区。20Cr钢的低碳马氏体不存在高温回火脆性。20Cr钢在获得铁素体和球状贝氏体( 或准上贝氏体) 组织时, 在( 400 550°C范围回火出现贝氏体回火脆性。采用工艺时应避免在( 400550) °C回火。6结论（1）20Cr钢200&

7、#176;C分级淬火, 能获得最好的综合力学性能, 强韧化效果最显著。（2）20Cr钢在接近Ac3的两相区再加热200°C分级淬火,比普通淬火和各种类型的两相区淬火, 综合力学性能优越, 强韧化效果好。（3）20Cr钢在接近Acl的两相区再加热400°C等温淬火, 能得到铁素体和准上贝氏体及球状贝氏体组织。具有最好的强塑性配合, 有良好的冷成型加工性。（4）20Cr钢低碳马氏体淬火综合力学性能优于各种类型的两相区(亚温) 淬火。（5）20Cr钢淬火后获得全板条马氏体组织, 存在300°C 低温回火脆性。淬火后获得准上贝氏体和球状贝氏体, 在400550°

8、C 回火, 出现贝氏体回火脆性。应免避在脆性区回火。表2热处理工艺方案及基本工艺参数编号热处理工艺名称工艺参数1 低碳马氏体淬火+ 回火860°C ×15min 淬油+ M12 低碳马氏体淬火+ 回火880°C ×15min 淬油+ M13 低碳马氏体淬火+ 回火900°C ×15min 淬油+ M14 低碳马氏体淬火+ 回火920°C ×15min 淬油+ M15 两相区再加热淬火+ 回火880°C ×15min 淬油, 820°C ×15min 淬油+ M16 两相区再加

9、热淬火+ 回火880°C ×15min 淬油, 800°C ×15min 淬油+ M17 两相区再加热淬火+ 回火880°C ×15min 淬油, 780°C ×15min 淬油+ M18 两相区再加热淬火+ 回火880°C ×15min 淬油, 770°C ×15min 淬水+ M19 两相区加热淬火+ 回火820°C ×15min 淬油+ M110 两相区加热淬火+ 回火800°C ×15min 淬油+ M111 两相区加热淬火+

10、回火780°C ×15min 淬油+ M112 两相区加热淬火+ 回火770°C ×15min 淬水+ M113高温奥氏体化后Ar3 以上淬火+ 回火1050°C × 10min, 进入820°C盐浴×15min 淬油+ M114高温奥氏体化后两相区淬火+ 回火1050°C × 10min 进入800°C盐浴×15min 淬油+ M115高温奥氏体化后两相区淬火+ 回火1050°C × 10min 进入780°C盐浴×15min 淬油+

11、 M116高温奥氏体化后两相区淬火+ 回火1050°C × 10min 进入760°C盐浴×15min 淬油+ M117 马氏体分级淬火+ 回火880°C ×15min 淬入200°C 硝盐×20min 淬油+ M118两相区再加热马氏体分级淬火+ 回火880°C ×15min 淬油, 820°C ×15min 淬入200°C 硝盐×20min 淬油+ M119两相区再加热马氏体分级淬火+ 回火880°C ×15min 淬油, 800&

12、#176;C ×15min 淬入200°C 硝盐×20min 淬油+ M120两相区再加热马氏体分级淬火+ 回火880°C ×15min 淬油, 780°C ×15min 淬入200°C 硝盐×20min 淬油+ M121两相区再加热贝氏体等温淬火+ 回火880°C ×15min 淬油, 820°C ×15min 淬入400°C 硝盐×5min 淬油+ M 122两相区再加热贝氏体等温淬火+ 回火880°C ×15min 淬油

13、, 800°C ×15min 淬入400°C 硝盐×5min 淬油+ M 123两相区再加热贝氏体等温淬火+ 回火880°C ×15min 淬油, 780°C ×15min 淬入400°C 硝盐×5min 淬油+ M 124 急冷低碳马氏体淬火+ 回火880°C ×15min 淬水+ M2A 马氏体分级淬火+ 回火880°C ×15min 淬入280°C 硝盐×2h 淬油+ 200°C × 1h 回火B 贝氏体等温淬火+ 回火880°C ×15min 淬入400°C 硝盐