奧氏體晶粒的超細(xì)化處理

一般把使鋼的晶粒度細(xì)化到10級(jí)以上的處理方法稱為“晶粒超細(xì)化”處理。經(jīng)超細(xì)化處理后淬火，可使鋼獲得高的規(guī)定非比例伸長(zhǎng)應(yīng)力σp0.2、韌性和低的韌脆轉(zhuǎn)化溫度。

1、超快速加熱法

主要是靠采用具有超快速加熱的能源來實(shí)現(xiàn)的。如大功率電脈沖感應(yīng)加熱、電子束加熱和激光加熱等皆屬此類。

2、快速循環(huán)加熱淬火法

如圖1所示，首先將零件快速加熱到Ac3以上，經(jīng)短時(shí)間保溫后迅速冷卻，如此循環(huán)多次。由于每加熱一次，奧氏體晶體就被細(xì)化一次，所以經(jīng)過4次循環(huán)后，便使45鋼的晶粒度從6級(jí)細(xì)化到12級(jí)。

圖1 45鋼采用快速循環(huán)加熱淬火法的工藝過程

3、形變熱處理法

如圖2所示。其過程是先將鋼加熱至略高于Ac3的溫度，使之奧氏體化，隨后進(jìn)行熱軋，使奧氏體發(fā)生強(qiáng)烈的形變，接著再等溫保持適當(dāng)時(shí)間，使形變奧氏體發(fā)生起始再結(jié)晶，并于晶粒尚未開始長(zhǎng)大之前進(jìn)行淬火。

圖2 獲得超細(xì)晶粒的形變熱處理法工藝過程

碳化物的超細(xì)化處理

目前，生產(chǎn)中除了奧氏體晶粒超細(xì)化處理外，高碳鋼中碳化物的超細(xì)化處理也同樣受到普遍重視。這是因?yàn)樘蓟锏某叽?、形態(tài)、分布和數(shù)量對(duì)鋼的力學(xué)性能（如韌性、疲勞強(qiáng)度、硬度和耐磨性等）有著顯著影響。

1、高溫固化淬火+高溫回火（即高溫調(diào)質(zhì)處理）

高溫固溶化后采取淬火，不僅可以抑制先共析碳化物的析出，而且淬火得到的馬氏體+殘余奧氏體組織經(jīng)高溫回火后，可得到球狀的碳化物，并呈均勻彌散的分布。

2、高溫固溶等溫處理

有研究提出，先于1040 ℃加熱30 min進(jìn)行高溫固溶化，繼之于625 ℃或425 ℃下進(jìn)行等溫處理，這樣可得到片狀珠光（625 ℃等溫）或貝氏體（425 ℃等溫）組織，Z后再按通常工藝進(jìn)行淬火、回火。

控制馬氏體、貝氏體組織形態(tài)及其組成的淬火

1、中碳合金鋼的超高溫淬火

中碳合金鋼經(jīng)正常溫度淬火后，一般得到片狀馬氏體與板條狀馬氏體的混合組織。片狀馬氏體的存在對(duì)鋼的斷裂韌性不利。提高中碳合金鋼的淬火溫度，有利于在淬火后得到較多的板條狀馬氏體。

2、高碳鋼的低溫短時(shí)加熱淬火

高碳鋼在采用普通淬火工藝時(shí)，往往得到片狀馬氏體組織，此時(shí)具有較高的脆性。但如適當(dāng)控制淬火加熱時(shí)奧氏體的碳含量，也可使淬火后得到以板條狀馬氏體為主的組織，使鋼在保持高硬度的同時(shí)，還具有良好的韌性。

3、連續(xù)冷卻時(shí)的冷卻速率獲得復(fù)合組織的淬火

一般貝氏體轉(zhuǎn)變總是優(yōu)先在貧碳區(qū)開始的，隨著貝氏體轉(zhuǎn)變量的增加，由于碳不斷向奧氏體中擴(kuò)散，使未轉(zhuǎn)變奧氏體中的碳含量愈來愈高，從而增加了奧氏體的化學(xué)穩(wěn)定性而使之難于轉(zhuǎn)變。

使鋼中保留適當(dāng)數(shù)量塑性第二相的淬火

1、亞共析鋼的亞溫淬火（α+γ兩相區(qū)淬火）

亞溫淬火對(duì)處理前的原始組織有一基本要求，即不應(yīng)有大塊狀的自由鐵素體存在。因此在亞溫淬火前往往需進(jìn)行正常淬火或調(diào)質(zhì)（有時(shí)也可正火），使之得到如馬氏體、貝氏體、回火索氏體、索氏體之類的組織。

（1）亞溫淬火的加熱溫度處于α+γ兩相區(qū)內(nèi)，由于溫度較低，加之鋼中尚存在的細(xì)小彌散分布的難溶碳、氮化物質(zhì)點(diǎn)對(duì)奧氏體晶粒長(zhǎng)大的阻礙作用，使此時(shí)的奧氏體晶粒十分細(xì)小。

（2）鋼中所含各種元素可分為擴(kuò)大γ區(qū)元素（如碳、錳、鎳、氮等）和縮小γ區(qū)元素（如磷、銻、錫、硅等）兩大類。圖3表示兩類二元鐵基合金的相圖。

圖3 二元鐵基合金相圖

(a)擴(kuò)大γ區(qū)元素；（b）縮小γ區(qū)元素

（3）對(duì)含有鋁、鈮、釩、欽等元素的鋼來說，在亞溫區(qū)加熱時(shí)，會(huì)有微量的細(xì)小彌散碳化物、氮化物存在，在淬火后進(jìn)行回火時(shí)，它們可作為碳化物在晶內(nèi)析出的晶核，從而減少了碳化物的沿晶析出，這對(duì)改善鋼的韌性十分有益。

2、控制殘余奧氏體形態(tài)、數(shù)量和穩(wěn)定性的熱處理

通過調(diào)整淬火加熱溫度、冷卻規(guī)范（包括等溫處理的溫度和時(shí)間）以及回火工藝等可以在很大程度上控制殘余奧氏體的形態(tài)、分布、數(shù)量和穩(wěn)定性。

圖4 殘余奧氏體量對(duì)GCr15鋼接觸疲勞壽命的影響

（來源：材易通）