60Si2Mn鋼表面貝氏體化熱處理工藝研究

武建成 祁學潮 封志娟 胡建民

摘 要：本文采用硬度試驗、沖擊試驗和顯微組織分析的方法研究了60Si2Mn鋼表面貝氏體化熱處理工藝。研究結果表明：證明了設計的60Si2Mn鋼表面貝氏體化熱處理工藝正確合理；采用鹽浴等溫淬火方式，60Si2Mn鋼表面獲得理想的貝氏體組織，可以大幅度減小變形，提高綜合力學性能，有利于提高構件的使用壽命。

關鍵詞：60Si2Mn鋼 等溫淬火 熱處理

中圖分類號：TG142.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2018）01（a）-0096-02

滲碳、氮碳共滲是以獲得表面馬氏體而增加耐磨性的熱處理，為了滿足鋼鐵零件使用時強度、耐磨性，外觀、尺寸精度、表面粗糙度等綜合要求，可通過對零件進行復合表面熱處理[1]，降低制造成本，獲得優異的綜合力學性能。

60Si2Mn鋼是應用廣泛的硅錳彈簧鋼，強度、彈性和淬透性較好，也被用于風鏟、沖擊鉆探工具、小型冷作模具等[2]。本文嘗試通過等溫淬火的方式使60Si2Mn鋼表面獲得貝氏體組織，心部仍為原始組織（珠光體+鐵素體），為60Si2Mn鋼表面貝氏體化熱處理工藝研究提供一定的數據參考。

1 試驗材料與方法

試驗中所使用原料為60Si2Mn鋼棒，其化學成分為（質量分數，%）：0.6 C，1.82 Si，0.8 Mn，0.015 P，0.010 S，0.15 Gr，0.35 Ni，其余為Fe。將鍛造的棒材機加工成規格為φ8mm×10mm圓柱試樣。經機械打磨除去試樣表面氧化物和油污后，用高頻電磁感應線圈將試樣進行加熱到900℃，快速轉移到鹽浴中冷卻（鹽浴溫度300℃），保溫約30min進行貝氏體轉變，最后將試樣放入水中冷卻。試樣經研磨、拋光后，用顯微硬度儀測量試樣從中心到表面的顯微硬度，再用硝酸酒精腐蝕試樣，使用光學顯微鏡和掃描電鏡（FEI-S50）觀察侵蝕后試樣的微觀組織形貌。

2 試驗結果與分析

2.1 60Si2Mn鋼表面貝氏體化工藝原理分析

貝氏體硬度接近馬氏體，韌性優于馬氏體，因此貝氏體鋼也具有了優異的綜合力學性能，鋼中貝氏體是過冷奧氏體在珠光體轉變和馬氏體轉變之間的中溫區域的分解產物，故稱中溫轉變，一般為鐵素體和碳化物組成的兩相混合物。貝氏體既有珠光體轉變的某些特征，又有馬氏體轉變的某些特征，這給貝氏體帶來復雜的相變性質和多樣的組織形態。影響貝氏體組織形態除內在因素諸如鋼的化學成分和母相組織以外，外在因素即熱加工工藝是至關重要的因素[1]。

將60Si2Mn鋼表面快速加熱，使得表面奧氏體化，心部仍為原始組織。通過查閱文獻[3-4]，從60Si2Mn鋼的CCT曲線可以看出，只要在260℃～600℃溫度范圍內等溫淬火從理論上完全可以獲得60Si2Mn鋼表面貝氏體組織。為了盡可能多地獲得表面貝氏體組織，選取淬火溫度為280℃～320℃，本次試驗選取300℃。

2.2 表面顯微硬度分析

試樣熱處理前后的硬度如表1所示。可以看出，熱處理后圓柱試樣從表面到心部硬度變化均勻，硬度從中心到表面逐步升高，外表面硬度均值在61HRC以上，明顯高于熱處理前試樣表面硬度。通過沖擊韌性試驗測量，試樣熱處理后的沖擊功為KV≥12.8J，而未經熱處理的試樣沖擊功僅為KV=5.08J。可見，采用等溫淬火后使60Si2Mn鋼的硬度和韌性均有所提高。

2.3 60Si2Mn鋼表面貝氏體化顯微組織分析

60Si2Mn鋼經過表面貝氏體化后，其顯微組織如圖1所示。可以看到組織中除了含有羽毛狀的上貝氏體和針狀的下貝氏體、奧氏體，還有一些夾雜的碳化物。利用顯微硬度儀對試樣表面選取5個點分別測得顯微硬度，然后求得平均值約為729.2HV轉換成約為61HRC。

3 結論

（1）設計了60Si2Mn鋼復合熱處理工藝，通過硬度試驗、沖擊試驗和顯微組織的分析，證明設計出復合工藝正確合理。

（2）經過等溫淬火，60Si2Mn鋼表面獲得貝氏體組織，可以減小構件變形，提高構件表面強度，塑性和韌性也有所提高，有利于提高使用壽命。

參考文獻

[1] 席光蘭.鋼中貝氏體組織控制工藝研究[D].蘭州理工大學，2006.

[2] 王桂棠，林金萱.60Si2Mn鋼汽車板簧熱處理工藝優化研究[J].熱加工藝，2005（7）：34-36.

[3] 潘金芝，任瑞銘，郭立波，等.淬火對60Si2Mn組織及力學性能的影響[J].熱加工工藝，2010，39（22）：146-148.

[4] 耿志江，岳新生，任向陽，等.60Si2Mn彈簧鋼熱處理工藝綜述[J].新技術新工藝，2003（1）：30-31.