45CrNiMoV鋼等溫淬火及殘留奧氏體的研究

摘 要：45CrNiMoV鋼是一種低合金超高強度鋼。本文對45CrNiMoV鋼進行了退火、淬火、回火、高溫淬火以及等溫淬火的熱處理工藝。采用Axiovet25型蔡司金相顯微鏡、QUANTA掃描電子顯微鏡對不同熱處理工藝下45CrNiMoV鋼的組織進行了分析比較。

關鍵詞：45CrNiMoV鋼；淬火；淬透性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.22.260

低合金高強度鋼主要用于制作飛機發動機曲軸、大梁、起落架和中小型火箭殼體等高強度結構零部件。受回火溫度的影響，使用溫度不宜過高，通常均在淬火、低溫（或中溫）回火后使用。為了改善低合金高強度鋼的韌性，以提高其在服役條件下的安全可靠性，采取的措施是提高鋼的純凈度，降低鋼中夾雜物、氣體及有害雜質元素的含量[1]。本實驗采用的熱處理工藝路線：退火→淬火→回火→淬火→等溫淬火。

1 實驗材料

實驗材料是直徑6mm的45CrNiMoV鋼長方形小試樣，化學成分如表1所示。

2 實驗方法

根據45CrNiMoV鋼的TTT圖[2]，知道該鋼的相變臨界點為：Ac1=740℃、Ac3=786℃、Ms=290℃。45CrNiMoV鋼在等溫轉變過程中存在三種轉變：高溫區的珠光體、鐵素體轉變，中溫區的貝氏體轉變和低溫區的馬氏體轉變。

（1）第一階段實驗方法及過程。取45CrNiMoV鋼的試樣，進行退火處理，加熱至950℃保溫60分鐘，隨爐冷卻至700℃保溫120分鐘后空冷。

（2）第二階段實驗方法及過程。取經過退火處理后的45CrNiMoV鋼的試樣，進行淬火處理，加熱至950℃保溫20分鐘后迅速在水中冷卻。

（3）第三階段實驗方法及過程。取45CrNiMoV鋼的試樣5塊，將試樣加熱至1100℃保溫20分鐘后，取出一塊迅速進行水中冷卻。

將以上處理過的全部樣品進行試樣制備：打磨→拋光→腐蝕，在顯微鏡及掃描電鏡下觀察組織形貌。

3 實驗結果

（1）第一階段實驗結果。如圖1所示，在退火處理實驗中，退火組織為鐵素體和珠光體。鐵素體呈灰白色塊狀組織，珠光體呈黑色組織，而珠光體又包括鐵素體和碳化物，其中黑色顆粒就是碳化物。圖中所示黑色沿軋制方向拉長而呈方向性的組織為帶狀組織，產生該組織的原因是錳等元素影響過冷奧氏體穩定性合金元素的偏析。由于這種成分和結構的不均勻性，需要長程擴散才能消除，因而過程進行的緩慢。

（2）第二階段實驗結果。如圖2所示，在淬火處理工藝中，淬火后得到的金相組織為條片狀馬氏體。理論上45CrNiMoV鋼淬火后不僅有馬氏體，還應該有殘留奧氏體。但由于放大倍數的限制，圖中看不見殘留奧氏體的形貌。因為奧氏體在轉化過程中體積發生變化，當基體轉化成馬氏體后。殘余部分由于空間的限制，導致該部分只能以奧氏體存在，在過冷至零度以下，這部分殘余會繼續轉化成為馬氏體，并隨碳含量的增加，淬火鋼中板條馬氏體的量下降，片狀馬氏體的量上升。

（3）第三階段實驗結果。如圖3、4所示，將45CrNiMoV鋼的淬火溫度從950℃提高到1100℃，淬火后得到了條片狀馬氏體和下貝氏體。下貝氏體的外形特征為黑色的馬氏體、白色的碳化物，同時還可以看見原奧氏體晶界處有小的形核[3]。理論上在馬氏體條片外面包著一層厚殘余奧氏體，但由于放大倍數的限制，圖中看不見殘留奧氏體的形貌。

4 實驗結論

（1）45CrNiMoV鋼在950℃淬火后得到的組織為條片狀馬氏體，1100℃淬火+320℃等溫淬火后得到的組織為條片狀馬氏體+下貝氏體；

（2）45CrNiMoV鋼在950℃淬火+200℃低溫回火后得到的組織為回火馬氏體，因為馬氏體板內有碳化物析出，析出物明顯聚集長大，故組織顏色要比淬火馬氏體深；

（3）下貝氏體可在奧氏體晶界形核長大，也可以在晶內形核。

參考文獻：

[1]戴起勛，程曉農.金屬材料學[M].化學工藝出版社，2005（06）.

[2]戚正風.金屬熱處理原理[M].機械工業出版社，1986：154-168.

[3]劉宗昌，王海燕，計云萍，李文學，任慧平.鋼中貝氏體相變理論研究新進展[J].內蒙古科技大學學報，2008（06）.

作者簡介：范肖萌（1988-），女，助教，教師。