GCr15鋼經(jīng)過(guò)復(fù)相熱處理后，獲得馬氏體基體上有適量的先轉(zhuǎn)變下貝氏體的兩相混合組織，在強(qiáng)度、塑性和韌性上均有提高。該處理工藝有望在一些承受連續(xù)沖擊和擠壓載荷，以疲勞剝落失效為主的工件得到較為有效的應(yīng)用。初步應(yīng)用試驗(yàn)表明，用該工藝處理的承受連續(xù)沖擊及擠壓載荷的工件，其使用壽命可提高23倍[1]。本工作利用光學(xué)顯微鏡及透射電鏡，通過(guò)對(duì)顯微組織、二次碳膜復(fù)型及金屬薄膜的觀察，分析了B下M復(fù)相組織中下貝氏體的轉(zhuǎn)變過(guò)程及特征。
2 試驗(yàn)方法
2.1 樣品的熱處理
試驗(yàn)材料選用GCr15軸承鋼，原材料為細(xì)片狀珠光體組織，經(jīng)球化退火后進(jìn)行850℃×12min奧氏體化，隨后在240℃等溫180min，最后進(jìn)行160℃×90min回火。在240℃等溫180min的樣品得到了全部下貝氏體組織，其余樣品中剩余的過(guò)冷奧氏體在隨后的冷卻過(guò)程中轉(zhuǎn)變成馬氏體。
2.2 電鏡觀察樣品的制備
熱處理后的樣品磨制成金相試樣，觀測(cè)顯微組織及制備二次碳膜復(fù)型。同時(shí)，對(duì)樣品進(jìn)行超薄切片，用雙噴法制備金屬薄膜。
3 試驗(yàn)結(jié)果及分析
3.1 GCr15鋼下貝氏體轉(zhuǎn)變的顯微組織分析
GCr15鋼在850?12min奧氏體化后經(jīng)240℃等溫不同時(shí)間再在油中冷卻，可得到不同比例的下貝氏體和馬氏體(B下M)的復(fù)相組織，其中還有少量的殘余奧氏體和未溶碳化物。隨等溫時(shí)間的延長(zhǎng)下貝氏體量不斷增多，等溫15min時(shí)下貝氏體量約20%(圖1a)，主要呈孤立的針狀分布；等溫時(shí)間延長(zhǎng)至30min，下貝氏體量已增多至35%40%(圖1b)，且開始出現(xiàn)草叢狀分布。繼續(xù)增加等溫時(shí)間，下貝氏體量更多，草叢狀下貝氏體更密集，等溫至60min，草叢狀下貝氏體就難以分辨(圖1c)。
3.2 GCr15鋼下貝氏體轉(zhuǎn)變的碳膜二次復(fù)型分析
等溫不同時(shí)間試樣的碳膜復(fù)型組織見圖2。圖2a是等溫5min，由圖可見下貝氏體生長(zhǎng)初期是呈孤立的針狀，針的大小明顯差別，其中有一部分針表現(xiàn)為平行束，絕大多數(shù)下貝氏體針是以交叉形式存在的。隨著等溫時(shí)間的延長(zhǎng)，過(guò)冷奧氏體內(nèi)部形核增多，新的下貝氏體不斷形成，從而阻止早期形成的下貝氏體針沿長(zhǎng)軸方向長(zhǎng)大，導(dǎo)致了下貝氏體針的加寬，呈粗針狀(圖2b)。在等溫30min后，各貝氏體針之間有碳化物析出。等溫60min時(shí)貝氏體中的鐵素體連成片而奧氏體部分析出碳化物(圖2c)。
(a)15min (b)30min (c)60min
圖1 等溫時(shí)間對(duì)B下M復(fù)相組織的影響 400×
(a)5min 2500× (b)30min 6300× (c)60min 6300×
圖2 碳膜二次復(fù)型電鏡像
(a)5min (b)30min (c)60min
圖3 B下M復(fù)相組織的TEM形貌 25000×
3.3 下貝氏體的轉(zhuǎn)變特征
圖3a是GCr15鋼在240?等溫5min時(shí)TEM的復(fù)相組織，其主要是由下貝氏體和馬氏體所組成。下貝氏體的形貌類似于板條馬氏體，但復(fù)相組織的馬氏體束比較小，在貝氏體中的鐵素體片中已有碳化物析出，所析出的碳化物細(xì)小，呈條狀在鐵素體基體內(nèi)沿一定方向析出。
圖3a及圖3b(等溫30min)表明，短時(shí)間等溫的鐵素體片較窄，析出的碳化物較細(xì)小，分布較均勻；長(zhǎng)時(shí)間等溫的鐵素體片加寬，析出的碳化物條粗化，分布仍均勻；兩者比較可說(shuō)明鐵素體片的長(zhǎng)大受碳的擴(kuò)散和鐵素體內(nèi)析出碳化物的程度所控制。等溫60min后下貝氏體量增多，碳化物更加粗化(圖3c)。
4 結(jié)論
(1)在B下M復(fù)相組織中，隨等溫時(shí)間的延長(zhǎng)，下貝氏體量不斷增加，其形態(tài)也由最初的孤島狀下貝氏體針變?yōu)椴輩矤?，最后?lián)成一片。
(2)在下貝氏體的轉(zhuǎn)變過(guò)程中，隨等溫時(shí)間的延長(zhǎng)，下貝氏體量不斷增加，剩余奧氏體的含碳量隨之增加，直到析出碳化物。
(3)隨等溫時(shí)間的延長(zhǎng)，下貝氏體中鐵素體板條加寬，所析出的碳化物也變得粗大。
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