張海波

（天津重型裝備工程研究有限公司，天津 300457）

本文利用L78 RITA型淬火相變儀測定了支承輥用鋼不同速度連續(xù)冷卻時的轉變曲線，得到過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉變CCT曲線，并結合金相法進行分析和驗證，研究不同冷卻速度對材料組織和性能的影響。

1 試驗方法

試驗臨界點測量準備步驟如下：首先，取出試樣用酒精擦拭掉表面的油污，用電吹風將其吹干，然后用游標卡尺測量試樣的長度和直徑；其次，將擦拭測量完畢的試樣置入膨脹儀中，確保試樣的端面與石英組件接觸良好，安裝伸長計時應保證與傳輸桿在同一軸線上；最后，將工作室抽成真空狀態(tài)后，填充高純氬氣作為保護氣體。

試驗所用鋼為退火態(tài)，用膨脹法在DIL-801型熱膨脹儀上測定該鋼的臨界點Ac1和Ac3，以此為基礎，在L78RITA型淬火相變儀上測定該鋼種的過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉變曲線[1]。奧氏體化溫度為940℃，保溫20 min，按不同冷卻速度（1～60℃/min）冷卻到室溫，采集冷卻全過程溫度-膨脹曲線。利用Axiovert 200 MAT型金相顯微鏡觀察轉變產(chǎn)物的顯微組織，并利用Tukon 2100B型維氏硬度計測定組織硬度（HV3）。

2 試驗結果與分析

2.1 臨界點

試驗過程中，試樣升溫速率為2.5℃/min，由試驗測得試驗用鋼加熱時的臨界點為：Ac1=782℃，Ac3=851℃。

2.2 過冷奧氏體轉變產(chǎn)物的分析

隨冷速的不同，存在三種相變區(qū)：高冷速的馬氏體相變區(qū)；中冷速的貝氏體相變區(qū)；低冷速的珠光體相變區(qū)。當冷速為1～2℃/min時，組織為珠光體+貝氏體；當冷速達到5℃/min時，開始出現(xiàn)馬氏體組織，此時組織結構為珠光體+貝氏體+馬氏體；冷速繼續(xù)增加至10℃/min，高溫轉變逐漸消除，高溫珠光體消失，組織為貝氏體+馬氏體；冷速繼續(xù)增加至20℃/min時，中溫轉變組織貝氏體轉變結束；當冷速大于20℃/min時，組織中貝氏體消失，組織結構全部為馬氏體。

2.3 硬度測試結果

利用Tukon 2100B型維氏硬度計測定轉變組織的硬度，測三點取平均值，如表1所示。

表1 不同冷卻速度下的維氏硬度

2.4 C.C.T圖的繪制

根據(jù)不同冷卻速度的膨脹曲線結合金相組織，確定冷卻過程中的相變溫度[2]。將相變點用坐標的形式繪制到溫度-時間半對數(shù)坐標上，用光滑曲線將各物理意義相同的點連接起來，同時在該坐標上標出臨界點Ac1、Ac3和Ms點，繪出試驗用鋼的C.C.T圖，如圖1所示。冷卻曲線下端標注對應的冷卻速度和按此速度冷卻后組織（即最終轉變產(chǎn)物）的維氏硬度值（HV3）。

圖1 一種鋼CCT曲線

由圖1可以看出，此試驗所用鋼的CCT曲線呈雙C形狀，即珠光體轉變區(qū)與貝氏體轉變區(qū)域是分開的。此種材料奧氏體化后，以1～2℃/min冷速冷卻時，同時發(fā)生珠光體和貝氏體轉變。由此看出，可以通過控制材料的冷卻速度，得到不同的組織。隨著冷速增加，硬度也逐漸增加，其中5℃/min這個冷速界限其硬度值增大最為突出，對應組織形態(tài)上出現(xiàn)了馬氏體，這與金相組織出現(xiàn)馬氏體是一致的。當冷速超過20℃/min時，發(fā)生馬氏體轉變，在馬氏體轉變區(qū)域中，隨著冷卻速度的增加，馬氏體半條變細，位錯密度增大，故硬度增加。所以，硬度的總體變化趨勢是隨冷速的增大而逐漸增高的。

3 結論

用膨脹法測得了試驗用鋼的臨界點：Ac1=782℃，Ac3=851℃。測得此種材料獲得完全馬氏體的臨界冷卻速度為20℃/min；試驗用鋼在冷卻速度為1～2℃/min時，得到珠光體+貝氏體；冷卻速度在5℃/min時，開始出現(xiàn)少量馬氏體；冷卻速度超過10℃/min，珠光體轉變結束，組織中存在貝氏體和馬氏體；冷速超過20℃/min，貝氏體轉變結束，全部得到馬氏體。

隨著冷卻速度的增大，硬度呈升高趨勢。在實際生產(chǎn)工藝確定時，人們應把不同冷卻速度下得到的組織及其硬度結果結合起來，制定出合理的熱處理工藝，以盡可能優(yōu)化材料的綜合性能。