鉻元素對低碳鋼先共析鐵素體組織轉(zhuǎn)變的影響

熊偉， 岳旭東

（1.渤海船舶職業(yè)學(xué)院，遼寧興城 125105；2.遼寧工業(yè)大學(xué)，遼寧錦州 121000）

0 引言

低碳鋼強度低、硬度低而軟，雖易于接受各種加工，但使其使用范圍大大受到局限[1-3]。隨著工業(yè)的發(fā)展對低碳鋼的性能提出了更高的要求。而碳鋼性能主要由先共析鐵素體的形態(tài)與分布決定[4-5]，故研究先共析鐵素體的形態(tài)與分布是十分必要的。本文通過大量試驗研究鉻元素對低碳鋼先共析鐵素體組織轉(zhuǎn)變的影響；對試驗結(jié)果進行分析，得出鉻含量及溫度的變化對碳鋼中先共析鐵素體形貌的影響規(guī)律。

1 試驗內(nèi)容與方法

1.1 試驗儀器與設(shè)備

中頻感應(yīng)加熱爐，箱式電阻爐（RXG-23×50×20型）,線切割機,試樣磨拋機（MP-2B型）,金相顯微鏡（Axiovert-200MAT型）,掃描電鏡（S-3000型），洛氏硬度計（HR-150DT型）[6]。

1.2 試驗方法

1）爐料的配制。本試驗采用原鋼（0.15C-Fe）、純鉻原料熔煉獲得不同鉻含量低碳合金鋼鑄錠[7]，Cr含量分別為0.4%、0.8%、1.6%。

2）試樣切割及編號。將試樣取出4段直徑為5 mm的圓柱，用車床進行加工；合格后用線切割將圓柱分別截取長度為4～5 mm的小圓柱。試樣按成分和熱處理方式不同進行分組編號。

3）熱處理工藝曲線的確定。為了觀察轉(zhuǎn)變組織，保留組織一般都要經(jīng)過淬火處理，低碳鋼的熱處理溫度一般都在700～900℃；加熱至900℃線保溫5 min實現(xiàn)完全奧氏體化。

試樣隨爐升溫，當(dāng)試樣加熱到900℃時開始保溫，按0.5 mm/min的加熱速度，試樣在900℃保溫時間為5 min，然后開始降溫。熱處理工藝曲線如圖1所示。

圖1 熱處理工藝曲線

4）顯微組織觀察。試樣鑲嵌好后，利用砂輪機對試樣表面進行粗磨，再用120#～800#金相砂紙進行精磨，然后拋光。無劃痕后用4%硝酸酒精對試樣進行腐蝕，腐蝕時間為2～4 s[9-11]。在Axiovert 200MT型金相顯微鏡上觀察試樣金相組織，并對典型視場拍照。

5）硬度測試。采用HR-150DT型洛氏硬度計。測試時在試樣的不同部位測量4點，第一點去掉，剩下的3點取平均值，即為該試樣的宏觀硬度值（HRC）。

2 試驗結(jié)果與分析

現(xiàn)以Cr含量為0.8%試樣為例分析其對0.15C-Fe鋼先共析鐵素體組織轉(zhuǎn)變的影響，圖2為顯微組織圖[12-13]。從圖可以看出組織主要有馬氏體、鐵素體、珠光體三種，在不同溫度下淬火，所得到的組織含量各不相同。在855℃水淬，得到針狀馬氏體，組織很細(xì)，且馬氏體含量較多，還得到殘余奧氏體，白色鐵素體含量相對較少。在835℃水淬，鐵素體的含量明顯增多，此時馬氏體已經(jīng)不呈針狀，變短，呈圓粒狀，并且馬氏體的含量相對減少。在785℃水淬，馬氏體明顯減少，白色鐵素體開始呈現(xiàn)明顯片狀[14]。在755℃水淬，鐵素體基體已經(jīng)呈現(xiàn)整體分布且面積大，而珠光體與少量的馬氏體幾乎是成點塊狀分布在鐵素體基體上。在785℃水淬，白色鐵素體開始呈現(xiàn)連續(xù)分布，特別是在755℃時尤為明顯；735℃時，珠光體已經(jīng)很少，呈片狀分布在鐵素體基體上[15]。可以得出淬火溫度越高，組織越細(xì)。降溫溫差越大，開始冷卻溫度越高，冷速快，越容易形成馬氏體。

現(xiàn)以淬火溫度785℃為例分析不同Cr含量對0.15CFe鋼先共析鐵素體組織轉(zhuǎn)變的影響，顯微組織圖3所示。由圖可以看出，Cr含量為0.4%時，馬氏體明顯減少，鐵素體開始呈現(xiàn)連續(xù)分布。

圖2 Cr含量為0.8%時低碳鋼不同溫度下顯微組織

Cr含量為0.8%時，馬氏體明顯減少，白色鐵素體開始呈現(xiàn)明顯片狀。Cr含量為1.6%時，馬氏體已經(jīng)幾乎看不到了，白色鐵素體開始呈現(xiàn)明顯片狀[16]。可以得出Cr可以提高馬氏體形成溫度，Cr含量越高，馬氏體形成需要的溫度越高。

3 結(jié)論

通過對試驗結(jié)果分析得到以下結(jié)論：1）相同的鉻含量和相同的冷卻條件下，冷卻速度越大，越容易形成馬氏體，組織中馬氏體的形成數(shù)量增多；2）顯微組織主要有馬氏體、鐵素體、珠光體三種，淬火溫度越高，組織越細(xì)；3）Cr可以提高馬氏體形成溫度，Cr含量越高，馬氏體形成需要的溫度越高。

圖3 淬火溫度785℃時，不同Cr含量試樣顯微組織