第４期（总第１７３期） 机械工程与自动化 ＮＯ．４ ２０１２年８月 ＭＥＣＨＡＮｌＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＆ ＡＵＴ（）ＭＡＴＩ（）Ｎ Ａｕｇ． 文章编号：１６７２—６４１３（２０１２）０４—００９５—０２ 冷却方式对２ ０ Ｍｎ２ ＳｉＶＢ钢显微组织和性能的影响 张志俊，纪花，邵文明 （长春工程学院机电学院，吉林 长春 １３００１２） 摘要：研究了２０Ｍｎ２ＳｉＶＢ钢经９８０℃完全奥氏体化和加热温度为７７０℃时，在不同冷却方式下，材料显微 组织和性能的变化。结果表明。２０Ｍｎ２ＳｉＶＢ钢经９８０℃完全奥氏体化后，当冷却速度较高时，能获得良好 的强韧性配合。 关键词：２０Ｍｎ２ＳｉＶＢ；冷却方式；显微组织；性能 中图分类号：ＴＧ１１３：ＴＧ１４２．１ 文献标识码：Ａ ０ 引言 有一定的实际意义Ｌ】］。 ２ＯＭｎ２ＳｉＶＢ钢是较典型的贝氏体钢，当淬火工艺 １实验条件及方法 得当时，可以在一定范围内调整贝氏体的显微组织和 实验用２０Ｍｎ２ＳｉＶＢ钢是在１２ ｔ工业电弧炉中冶炼 性能，来满足工业生产的实际需求。提高奥氏体化温 的，经炉外精炼、电磁搅拌、连铸成坯、轧制成 ．５ Ｆｉｌｍ的 度，使更多的合金元素溶入奥氏体中，在控制奥氏体晶 盘条。完全奥氏体化加热温度为９８０℃，两相区加热 粒度的前提下尽量提高奥氏体化温度，有利于合金元 温度为７７０℃。三种冷却方式为空冷、风冷和喷雾冷 素的更有效利用，一方面可以提高工艺实施的稳定性， 却。采用４ＸＢ金相显微镜进行显微组织分析。 同时可以较容易地实现物相种类和数量的调整。本文 ２实验结果 结合实际生产的需求，实验研究了在较高温度下奥氏 ２．１显微组织检测 体化，不同冷却方式条件下的显微组织特点和性能，对 试样经９８０℃奥氏体化温度加热后，三种冷却方 ２０Ｍｎ２ＳｉＶＢ钢的实际热处理工艺制定和工程应用具 式下其组织形态分别见图ｌ、图２和图３。 图ｌ ９８０ ０一 １２空冷后的显微组织８００× 图２ ９８０℃风冷后的显微组织８００× 图３ ９８０℃雾冷后的显微组织８００× ２．２显微组织分析 出，冷却后所得组织为少量铁素体和大量的贝氏体及 从图１可以看出，空冷后所得试样的组织为少量 马氏体。雾冷的速度最大，从图３可以看出，冷却后所 先共析铁素体、少量无碳化物贝氏体、粒状贝氏体和大 得的组织基本为马氏体。这是因为奥氏体化加热温度 量马氏体 ］。完全奥氏体化加热后，在高温下的组织 较高，在此温度下，奥氏体内合金元素分布得较为均 为奥氏体，空冷时由于冷速较小，高温奥氏体在冷却时 匀，奥氏体的晶粒也增大，碳化物溶解较为充分Ｅ 。冷 首先在晶界处析出少量铁素体，随着温度下降到贝氏 却时，合金元素对过冷奥氏体的影响增大，使过冷奥氏 体区即转变为少量的无碳化物贝氏体和粒状贝氏体。 体稳定性增大，Ｃ曲线向右移。所以在雾冷的条件下， 当温度降低到Ｍｓ点以下时，剩余的奥氏体转变为马 奥氏体不发生其他转变而直接转变为马氏体，此时马 氏体。风冷的冷却速度比空冷大，所以从图２可以看 氏体的含碳量为钢的含碳量。形成的马氏体为低碳马 收稿日期：２０１２—０２—２２ｆ修回日期：２０１２—０２—２８ 作者简介：张志俊（１９７０一），男。吉林吉林人，讲师，工学硕士，研究方向：材料热处理。 ・ ９６ ・ 机械工程与自动化 ２０１２年第４期 氏体，呈板条状。随着奥氏体化温度的增加，原奥氏体 晶粒长大，所形成的马氏体也变得粗大，特别是加热到 ９８０℃的试样，其风冷和雾冷时所形成的马氏体最为 粗大。 试样原始组织为小块先共析铁素体和粒状贝氏体，所 以，未溶的铁素体也呈小块状分布。在７７０℃奥氏体 化时，由于加热温度较低，先共析铁素体只有少部分溶 于奥氏体中，因而奥氏体含碳量较高。故在随后的冷 却过程中产生少量的无碳化物贝氏体和大量的粒状贝 氏体及马氏体。这是由于２０Ｍｎ２ＳｉＶＢ钢中含有元素 Ｍｎ、Ｓｉ、Ｖ和Ｂ，这些元素都可使过冷奥氏体产生稳定 化，而且使Ｃ 线右移。所以试样在空冷时不是得到 铁素体型和珠光体型产物，而是先形成少量无碳化物 贝氏体和大量粒状贝氏体，而后在空冷至Ｍｓ点以下 两相区加热温度为７７０℃，三种冷却方式下其组 织形态分别见图４、图５和图６。试样组织基本相似， 组织组成物均为未溶的先共析铁素体、从奥氏体中析 出的先共析铁索体、少量的无碳化物贝氏体、粒状贝氏 体和马氏体［４］。在奥氏体化加热时，由于加热温度低 于Ａ。线，所以有一部分先共析铁素体未能溶人奥氏 体，这部分铁素体在随后冷却时将被保留下来。由于 时，余下少量未转变的过冷奥氏体转变为马氏体［５］。 图４ ７７Ｏ℃空冷后的显微组织８００× 图５ ７７０ ３２风冷后的显微组织８００× 图６ ７７Ｏ℃雾冷后的显敢组织８００× 上述为空冷情况下的组织特点和转变机制。在 ９８０℃奥氏体化温度加热后进行风冷及雾冷的情况与 的含量也会比空冷时的多而比雾冷时的要少，故其硬 度值介于空冷时的和雾冷时的硬度值之间。 在空冷的情况相比较，特点是冷却速度明显增大。本 实验过程中由于条件所限，在进行风冷和雾冷时无法 准确计算这两种冷却方式的冷却速度，只是从组织上 看，由于空冷、风冷及雾冷的冷速逐级增大，故三者相 比较，在相同的奥氏体化温度下，先共析铁素体的量逐 级减少，马氏体的量逐渐增加。 ９８０℃奥氏体化后，按照空冷、风冷及雾冷的顺序 试样的硬度增大，雾冷试样的硬度最大。因为随着冷 却速度的加快，奥氏体转变的马氏体量亦增加，马氏体 的含量越多，其硬度就越大。在７７０℃奥氏体化加热 ３结论 在完全奥氏体化后，随着冷却速度的增大，形成的 显微组织有很大的差别。当冷却速度较低时，获得粗 大的粒状贝氏体，当冷却速度较高时，形成较细小的粒 状贝氏体，能够通过此种方式改变材料的力学性能，以 满足工程需要。 参考文献： ［１］马永杰．Ｃｒｌ２钢等温淬火马氏体一贝氏体复合组织的力 学性能［Ｊ］．热加工工艺。２００５（６）：５７—５８． 后空冷、风冷和雾冷的试样中，雾冷试样的硬度值最 大。这是因为在这几种冷却方式中，雾冷的冷却速度 最大，试样组织中马氏体的含量最多。马氏体相为硬 脆相，其硬度值较高。在冷却过程中，冷却曲线在经过 贝氏体区时，形成少量的粒状贝氏体，而后快冷到Ｍｓ 点以下发生马氏体转变。风冷的冷却速度要比空冷的 冷却速度快，但是要低于雾冷的冷却速度，所以马氏体 ［２］张增歧．刘耀中，樊志强．贝氏体等温淬火及其在轴承上 的应用［Ｊ］．材料热处理学报．２００２．２３（１）：５７—６０． ［３］隋忠祥，黄辉．高应力弹簧Ｂ—Ｍ等温淬火工艺研究［Ｊ］． 金属热处理，１９９７（８）：１０－１３． ［４］ 陈国栋．高强度结构钢复相热处理工艺研究［Ｊ］．金属热 处理。２０００（５）：１９—２２． ［５］蒋业华。周荣．控制冷却贝氏体／马氏体铸钢组织和性能 的研究［Ｊ］．铸造．１９９９（５）：１３—１６． Ｉｍｐａｃｔ ｏｆ Ｃｏｏｌｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｎ Ｐｒｏｐｅｒｔｙ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ２ ０Ｍｎ２ＳｉＶＢ Ｓｔｅｅｌ ＺＨＡＮＧ Ｚｈｉ－ｊｕｎ。ｊＩ Ｈｕａ，ＳＨＡＯ Ｗｅｎ－ｒｕｉｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １３００１２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｆｔｅｒ ａｕｓｔｅｎｉｚａｔｉｏｎ ａｔ ９８０℃ａｎｄ ｈｅａｔｅｄ ａｔ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ７７０℃，ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ａｎｄ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ２０Ｍｎ２ＳｉＶＢ ｓｔｅｅｌ ｗｉｌｌ ｃｈａｎｇｅ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｏｌｉｎｇ ｓｐｅｅｄ．Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｂｅｔｔｅｒ ｍａｔｃｈ ｏｆ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ ｃａｎ ｂｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｃｏｏｌｉｎｇ ａｔ ａ ｆａｓｔ ｓｐｅｅｄ ａｆｔｅｒ ａｕｓｔｅｒｎｉｚａｔｉｏｎ ａｔ ９８０℃． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：２０Ｍｎ２ＳｉＶＢ；ｃｏｏｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ；ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｐｒｏｐｅｒｔｙ
