亞溫淬火對20MnK鋼力學性能影響

摘 要：該文研究了加熱溫度對20MnK鋼亞溫淬火所獲得的（α+Μ）雙相組織及力學性能的影響。試驗結果表明：加熱溫度影響20MnK鋼（α+Μ）雙相組織中各相的相對含量、顯微硬度及其力學性能。

關鍵詞：亞溫淬火 雙相組織 性能

中圖分類號：TG156.3文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2013）04（c）-0033-02

眾所周知，金屬材料的強度和塑性是一對矛盾，對于冷成型的材料，強度和塑性的矛盾就更為突出。從使用性能看，總希望強度高些，而從工藝性能看，又希望強度低一些，塑性好一些[1]。而鐵素體加馬氏體雙相鋼同時具有很高的強度和良好的塑性，正日益受到人們的重視[2]。“α+Μ”雙相鋼的強度和塑性的配合優于一般的低合金高強度鋼，由于其優越的性能，近年來得到很大的發展，國內外在獲得雙相組織方法，雙相鋼的組織特征、力學性能方面已取得比較一致的看法。顯然，性能差別很大的鐵素體和馬氏體并存時，各相的相對含量、特征、形態、分布都會影響雙相鋼的力學性能。本試驗在不同溫度下對20MnK鋼進行亞溫淬火，獲得（α+Μ）雙相組織，分析溫度對雙相組織中各相的相對含量、顯微硬度及其力學性能的影響。

1 試驗內容與結果

1.1 20MnK鋼熱處理工藝

試驗用20MnK鋼，原始態為熱軋正火態，即帶狀鐵素體和帶狀珠光體的混合組織。熱處理工藝如表1所示。淬火加熱選用箱式爐，淬火冷卻介質采用10%～15%NaCl水溶液。

1.2 性能測試

XJL-02型立式金相顯微鏡上觀察金相組織，采用截線法測量雙相組織中馬氏體及鐵素體的百分含量。在71型顯微鏡上測試雙相組織的顯微硬度，測定結果如表2所示。

為測定20MnK鋼抗拉強度，在WE-30液壓萬能試驗機上進行拉伸試驗，拉伸試樣為5×30×140的標準板狀試樣，試樣形狀尺寸如圖1所示。

在HR-1500T型洛氏硬度計上測定雙相鋼的洛氏硬度。力學性能測試結果如表3所示。

2 試驗結果分析

2.1 加熱溫度對雙相組織相對含量及硬度的影響

從表2可知，隨加熱溫度的升高，α+Μ雙相組織中，馬氏體的相對含量明顯增加，從760℃的17.5%上升到780℃的42%，從鐵-碳圖中分析可知：在加熱過程中，隨溫度的升高，（α+Μ）兩相區中奧氏體相對含量在不斷增加。因而在隨后的冷卻過程中，奧氏體轉變為馬氏體的量也就增加。

從表2可知，隨加熱溫度的升高，獲得（α+Μ）雙相組織中，馬氏體的顯微硬度呈下降趨勢，而鐵素體的顯微硬度卻升高，因為馬氏體硬度主要取決于含碳量，隨亞溫淬火加熱溫度的升高，馬氏體含碳量逐漸減少，馬氏體中的固溶碳濃度減小，從而導致馬氏體中碳的固溶強化作用減弱使馬氏體硬度降低。在兩相區淬火時，奧氏體轉變成馬氏體時具有體積效應，鋼中馬氏體的比容最大，奧氏體的比容最小，兩者的比容差別，導致奧氏體轉變成馬氏體后，周圍的鐵素體因體積效應而受壓，結果造成鐵素體相的加工硬化，使硬度升高。

從表3可知，隨淬火加熱溫度的升高，20MnK鋼的硬度升高。溫度升高后，馬氏體的相對含量明顯增加，馬氏體是雙相鋼中的強化相，將使硬度提高。雖然溫度升高后，馬氏體的含碳量降低了，對硬度提高是不利的，但有關資料表明，前者的影響遠遠大于后者，因而溫度升高后馬氏體相對含量的變化使（α+Μ）雙相組織的硬度提高。其次，從鐵素體相分析，在從奧氏體向馬氏體轉變過程中，體積要發生膨脹，對周圍的鐵素體產生壓縮變形，鐵素體的位錯密度增加，鐵素體得到一定程度的強化，加熱溫度較低時，如：760 ℃鐵素體相對含量多，鐵素體被少量馬氏體壓縮，強化作用下；溫度升高后，作為軟化相的鐵素體相對含量減少，而且，少量的鐵素體被大量馬氏體包圍，鐵素體強化作用大，因此，加熱溫度較高時，鐵素體的顯微硬度也將增加。綜合以上兩方面作用的結果，20MnK鋼的硬度是隨淬火溫度的升高而呈上升趨勢。

2.2 亞溫淬火對力學性能影響

從表3可知，20MnK鋼的屈服強度隨淬火加熱溫度的升高而升高，而延伸率則呈相反趨勢，由于雙相鋼的屈服強度主要取決于鐵素體的強度，其塑性也主要由鐵素體提供，在760 ℃加熱淬火后，雙相組織中馬氏體所占的體積百分含量較低（17.5%），而鐵素體含量較高，鐵素體受馬氏體轉變體積膨脹產生的加工硬化作用小，其強度較低，塑性較高，在780 ℃加熱淬火后，馬氏體的體積百分含量達42%，鐵素體受到馬氏體相變誘發的硬化作用增加，強度升高，雙相鋼的屈服強度升高。同時，20MnK鋼的抗拉伸強度也隨淬火加熱溫度的升高而增加。文獻指出：雙相鋼的強度主要取決于其中馬氏體的體積分數，抗拉伸強度隨雙相鋼馬氏體體積分數的增加而線性增加，而與馬氏體中的含碳量關系不大。

3 結語

淬火加熱溫度影響（α+Μ）雙相組織中各相的相對含量和力學性能。20MnK鋼隨著兩相區淬火加熱溫度的升高，馬氏體體積百分含量增加，鋼的硬度、屈服強度、抗拉強度均隨之升高，而延伸率下降。

參考文獻

[1]沈顯璞.雙相鋼的特性及其應用（上）[J].金屬熱處理，1987（10）.

[2]吳穎，冀偉，趙實鳴.高強韌性雙相鋼的研究與開發應用前景[J].江西冶金， 1999，19（4）.