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(shí)的轉(zhuǎn)變曲線，得到過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變CCT曲線，并結(jié)合金相法進(jìn)行分析和驗(yàn)證，研究不同冷卻速度對材料組織和性能的影響。

1 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)臨界點(diǎn)測量準(zhǔn)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(fēng)將其吹干，然后用游標(biāo)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(jì)時(shí)應(yīng)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(hù)氣體。

試驗(yàn)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(diǎn)Ac1和Ac3，以此為基礎(chǔ)，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(zhuǎn)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(zhuǎn)變產(chǎn)物的顯微組織，并利用Tukon 2100B型維氏硬度計(jì)測定組織硬度（HV3）。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 臨界點(diǎn)

試驗(yàn)過程中，試樣升溫速率為2.5℃/min，由試驗(yàn)測得試驗(yàn)用鋼加熱時(shí)的臨界點(diǎn)為：Ac1=782℃，Ac3=851℃。

2.2 過冷奧氏體轉(zhuǎn)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(dāng)冷速為1～2℃/min時(shí)，組織為珠光體+貝氏體；當(dāng)冷速達(dá)到5℃/min時(shí)，開始出現(xiàn)馬氏體組織，此時(shí)組織結(jié)構(gòu)為珠光體+貝氏體+馬氏體；冷速繼續(xù)增加至10℃/min，高溫轉(zhuǎn)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(shí)，中溫轉(zhuǎn)變組織貝氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束；當(dāng)冷速大于20℃/min時(shí)，組織中貝氏體消失，組織結(jié)構(gòu)全部為馬氏體。

2.3 硬度測試結(jié)果

利用Tukon 2100B型維氏硬度計(jì)測定轉(zhuǎn)變組織的硬度，測三點(diǎn)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(jié)合金相組織，確定冷卻過程中的相變溫度[2]。將相變點(diǎn)用坐標(biāo)的形式繪制到溫度-時(shí)間半對數(shù)坐標(biāo)上，用光滑曲線將各物理意義相同的點(diǎn)連接起來，同時(shí)在該坐標(biāo)上標(biāo)出臨界點(diǎn)Ac1、Ac3和Ms點(diǎn)，繪出試驗(yàn)用鋼的C.C.T圖，如圖1所示。冷卻曲線下端標(biāo)注對應(yīng)的冷卻速度和按此速度冷卻后組織（即最終轉(zhuǎn)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(yàn)所用鋼的CCT曲線呈雙C形狀，即珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)與貝氏體轉(zhuǎn)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(shí)，同時(shí)發(fā)生珠光體和貝氏體轉(zhuǎn)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(gè)冷速界限其硬度值增大最為突出，對應(yīng)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(dāng)冷速超過20℃/min時(shí)，發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，在馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)域中，隨著冷卻速度的增加，馬氏體半條變細(xì)，位錯(cuò)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(jié)論

用膨脹法測得了試驗(yàn)用鋼的臨界點(diǎn)：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(yàn)用鋼在冷卻速度為1～2℃/min時(shí)，得到珠光體+貝氏體；冷卻速度在5℃/min時(shí)，開始出現(xiàn)少量馬氏體；冷卻速度超過10℃/min，珠光體轉(zhuǎn)變結(jié)束，組織中存在貝氏體和馬氏體；冷速超過20℃/min，貝氏體轉(zhuǎn)變結(jié)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(shí)際生產(chǎn)工藝確定時(shí)，人們應(yīng)把不同冷卻速度下得到的組織及其硬度結(jié)果結(jié)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。