王雅靜

（呂梁學(xué)院化學(xué)化工系， 山西 呂梁 033000）

試（實(shí)）驗(yàn)研究

T8鋼淬火及回火組織轉(zhuǎn)變的研究

王雅靜

（呂梁學(xué)院化學(xué)化工系， 山西 呂梁 033000）

通過制定相應(yīng)的淬火及回火工藝，研究了T8鋼在不同溫度淬火回火后的組織轉(zhuǎn)變過程。應(yīng)用金相顯微鏡和掃描電子顯微鏡對(duì)熱處理后的組織進(jìn)行觀察，并且應(yīng)用洛氏硬度計(jì)對(duì)試樣的宏觀硬度進(jìn)行測(cè)量。經(jīng)過試驗(yàn)可知：T8鋼最佳淬火溫度為850℃，溫度過高和過低都是不可取的；隨著回火溫度的升高，T8鋼回火組織依次以回火馬氏體、回火托氏體和回火索氏體進(jìn)行演變；試樣在回火后的硬度先升高后下降，在200℃回火時(shí)的硬度達(dá)到最大值，這是由于馬氏體中碳原子的偏聚以及大量彌散的ε-碳化物析出造成的。

淬火 回火 馬氏體

工業(yè)上T8鋼已經(jīng)具備了一套成熟的熱處理工藝，但是關(guān)于T8鋼在不同溫度淬火和回火工藝下組織轉(zhuǎn)變的研究鮮有報(bào)道。本文研究了T8鋼淬火和回火組織轉(zhuǎn)變過程，為工業(yè)應(yīng)用提供相應(yīng)的理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料和試驗(yàn)方法

本次實(shí)驗(yàn)所用到的T8鋼是某廠冶煉加工的棒材，其化學(xué)成分如表1所示。應(yīng)用鉬絲切割機(jī)將鋼材切割成長(zhǎng)35mm直徑為12mm的試驗(yàn)樣品若干，然后將其進(jìn)行編號(hào)。為防止T8鋼的淬火開裂，本試驗(yàn)在淬火之前對(duì)樣品進(jìn)行一次球化退火處理（加熱到780℃保溫1 h后緩冷到660℃保溫2 h，爐冷），各試樣對(duì)應(yīng)的熱處理工藝如表2所示。為了研究T8鋼在不同溫度下的回火組織，將T8鋼先進(jìn)行850℃加熱淬火，然后再進(jìn)行不同溫度下的回火，具體回火工藝見表3。應(yīng)用光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡對(duì)球化退火和淬火及回火后的組織進(jìn)行觀察，并且應(yīng)用洛氏硬度計(jì)對(duì)樣品硬度進(jìn)行測(cè)量。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 球化退火組織觀察

由圖1可知，原始T8鋼中的珠光體組織中滲碳

表1 T8鋼的化學(xué)成分表 %

表2 試樣對(duì)應(yīng)的熱處理工藝

表3 試樣對(duì)應(yīng)的回火工藝

圖1 T8鋼原始組織及球化退火后的SEM組織示意圖

體顆粒粗大形態(tài)各異且分布不均勻，在進(jìn)行了等溫球化退火后T8鋼金相顯微組織中的碳化物顆粒細(xì)小且自發(fā)趨于球形分布，均勻的退火組織可以使材料硬度降低、切削性得到改善。原始的T8鋼組織中碳化物存在尖端，尖端是應(yīng)力集中點(diǎn)，它的存在會(huì)使得鋼在服役期脆性增大，產(chǎn)生裂紋和斷裂現(xiàn)象。球化退火工藝就是為改善碳化物的形貌及分布，均勻組織、降低脆性。

2.2 淬火組織觀察

圖2是T8鋼在700℃、750℃、800℃下淬火后得到的SEM組織圖。

圖2 T8鋼淬火后的SEM顯微組織

由圖2-1、2-2可知，T8鋼在700℃、750℃加熱淬火時(shí)組織中還是僅有粒狀珠光體P（F+Fe3C），沒有馬氏體的出現(xiàn)，這是由于加熱溫度未達(dá)到T8鋼的臨界轉(zhuǎn)變溫度tAC1以上，加熱溫度尚未進(jìn)入奧氏體相區(qū)，所以沒有進(jìn)行奧氏體的形成，也沒有之后的馬氏體相變過程，經(jīng)測(cè)得的兩個(gè)樣品的硬度基本上與退火后的硬度差別不大。

在800℃加熱淬火后組織為未溶滲碳體+殘余奧氏體+馬氏體，硬度（HRC）增長(zhǎng)到66，意味著生成了馬氏體組織，但此時(shí)馬氏體組織不具備傳統(tǒng)馬氏體組織的形貌特征，這是由于淬火溫度較低，奧氏體晶粒細(xì)小，形成的馬氏體組織細(xì)小，并且此時(shí)基體尚存在大量未溶碳化物，碳化物的密集分布使得馬氏體針狀特征沒有顯現(xiàn)出來，該組織稱為隱晶馬氏體。

圖3所示為T8鋼于850℃、900℃、950℃、1 000℃加熱淬火后的組織圖片。圖3-1為850℃中組織為馬氏體M+大量未溶滲碳體Fe3C+殘余奧氏體Ar，圖3-2為900℃中組織為馬氏體M+少量未溶滲碳體Fe3C+殘余奧氏體Ar，圖3-3為950℃中組織為馬氏體+極少量滲碳體Fe3C+殘余奧氏體Ar，圖3-4為1 000℃中組織為馬氏體M+殘余奧氏體Ar。表4為利用洛氏硬度計(jì)測(cè)量的各個(gè)試樣的硬度值，由圖3和表4可知：隨著淬火溫度的升高，原始奧氏體晶粒長(zhǎng)大，淬火后馬氏體針粗大，未溶滲碳體在大于850℃加熱淬火時(shí)大量溶解，在850℃淬火硬度（HRC）為66.4，當(dāng)淬火溫度高于850℃硬度呈下降趨勢(shì)，淬火硬度平均值為63.3左右。

圖3 T8鋼淬火后的顯微組織圖

表4 各試樣的硬度HRC數(shù)據(jù)

2.3 回火組織觀察

下頁(yè)圖4是T8鋼于低溫回火后的組織示意圖，低溫回火后的組織特點(diǎn)和淬火后的組織相似，淬火后的馬氏體仍保持針狀，但此時(shí)碳原子會(huì)發(fā)生偏聚，并且析出與母相保持共格關(guān)系的ε-碳化物，這種組織稱為回火馬氏體，此外基體中還有少量殘余奧氏體和未溶解彌散細(xì)小的碳化物。隨回火溫度的升高，馬氏體不斷分解，碳在馬氏體中的含量不斷降低。

下頁(yè)圖5為T8鋼在中溫回火后得到的組織示意圖，圖5-1和圖5-2中300℃回火后是回火托氏體，是由已發(fā)生回復(fù)的鐵素體基體與極為細(xì)小的碳化物構(gòu)成的整合組織，鐵素體尚未完成再結(jié)晶，部分殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體。圖5-3和圖5-4中400℃回火得到的仍是回火托氏體，因?yàn)樘妓劁摰拇慊瘃R氏體在回火時(shí)馬氏體條片狀特征往往難以消除，即α相的再結(jié)晶極為困難，碳化物也難以聚集粗化，顆粒極為細(xì)小[1]，這種組織稱為回火托氏體。

圖5 T8鋼在中溫回火后得到的組織示意圖

圖6 T8鋼在高溫回火后的組織示意圖

圖6為T8鋼于高溫回火后得到的組織示意圖。圖6-1中500℃回火后仍是回火托氏體，α相再結(jié)晶困難，淬火馬氏體片條形貌特點(diǎn)沒有消失，故稱為回火托氏體。圖6-2中看出經(jīng)過600℃高溫回火后得到回火索氏體，是鐵素體和滲碳體的整合組織，是由鐵素體基體上彌散地分布著較大顆粒狀的θ-碳化物或特殊碳化物，鐵素體已經(jīng)發(fā)生再結(jié)晶，變成等軸狀晶粒，原來的條片狀馬氏體形態(tài)已完全消失[1]。

不同回火溫度下的硬度如表5所示。在200℃之前隨著回火溫度的升高硬度隨之增大，但在200℃之后隨著回火溫度的升高硬度隨之下降。隨著回火溫度的升高，馬氏體會(huì)按順序逐漸析出ε-碳化物—x-碳化物—θ-碳化物，上述三種碳化物的界面關(guān)系依次是：共格、半共格、非共格關(guān)系。其中非共格關(guān)系的應(yīng)變能是最低的，因此硬度會(huì)受影響而降低[2]。而且隨著碳化物的析出，馬氏體含碳量下降，馬氏體中過飽和程度降低，晶格畸變程度降低，硬度也會(huì)下降。當(dāng)回火溫度在200℃時(shí)，兩種因素共同作用使得硬度達(dá)到最高值。

表5 T8鋼不同回火溫度下的硬度值

3 結(jié)論

1）在本實(shí)驗(yàn)中，T8鋼于800℃加熱淬火得到隱晶馬氏體組織；淬火加熱溫度大于850℃以上時(shí)，第二相粒子開始大量融入基體，奧氏體晶粒粗化，使得硬度下降，故T8鋼最佳淬火溫度為850℃，溫度過高和過低都是不可取的。

2）低溫回火后，T8鋼組織轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體以及少量殘余奧氏體和彌散細(xì)小的碳化物，回火組織特征與淬火組織一樣，未發(fā)生大的變化，都是針狀，回火馬氏體的排列非常密集；在中溫回火時(shí)，試樣組織仍然保持著片狀馬氏體的形貌特征，馬氏體中將析出碳化物顆粒，這種組織稱為回火托氏體；高溫回火組織為回火索氏體。

3）試樣在回火后的硬度先升高后下降，在200℃回火時(shí)的硬度達(dá)到最大值，這是由于馬氏體中碳原子的偏聚以及大量彌散的ε-碳化物析出造成的。

[1] 劉宗昌.材料組織結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?cè)韀M].北京：冶金工業(yè)出版社，2006：227-230.

[2] 葉宏.金屬熱處理原理與工藝[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2015.

Study on M icrostructure Transformation of T8 Steel during Quenching and Tem pering

Wang Yajing
（Department of Chem istry and Chem ical Engineering,Lvliang University,Lvliang Shanxi 033000）

Through the corresponding quenching and tempering process,this paper studied the transformation process of T8 steel in quenching and tempering at different temperatures.The microscopy and scanning electron microscopy were used to observe the tissue after heat treatment,and the macro-hardness of the sample was measured with Rockwell hardness tester.The experiment shows that the best quenching temperature of T8 steel is 850℃.It is not desirable whether the temperature is too high or too low.With the increase of the tempering temperature,the T8 steel tempering group was successively developed by the tempering martensite,tempered troostite,tempered sorbite.The hardness of the sample increases at first and then decreases after tempering,and the hardness reaches themaximum at 200℃tempering,which is due to the segregation of carbon atoms in martensite and the dispersion of a large number of epsilon carbides.

quenching;tempering;martensite

TG161

A

1672-1152（2017）05-0006-04

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.05.03

2017-07-28

王雅靜（1988—），女，碩士，畢業(yè)于內(nèi)蒙古科技大學(xué)，助教，主要從事材料專業(yè)教學(xué)工作，研究方向：金屬固態(tài)相變?cè)砑盁崽幚砉に嚒?/p>

（編輯：王瑾）