60Si2Mn鋼表面貝氏體化熱處理工藝研究

武建成 祁學潮 封志娟 胡建民

摘 要：本文采用硬度試驗、沖擊試驗和顯微組織分析的方法研究了60Si2Mn鋼表面貝氏體化熱處理工藝。研究結(jié)果表明：證明了設計的60Si2Mn鋼表面貝氏體化熱處理工藝正確合理；采用鹽浴等溫淬火方式，60Si2Mn鋼表面獲得理想的貝氏體組織，可以大幅度減小變形，提高綜合力學性能，有利于提高構件的使用壽命。

關鍵詞：60Si2Mn鋼 等溫淬火 熱處理

中圖分類號：TG142.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2018）01（a）-0096-02

滲碳、氮碳共滲是以獲得表面馬氏體而增加耐磨性的熱處理，為了滿足鋼鐵零件使用時強度、耐磨性，外觀、尺寸精度、表面粗糙度等綜合要求，可通過對零件進行復合表面熱處理[1]，降低制造成本，獲得優(yōu)異的綜合力學性能。

60Si2Mn鋼是應用廣泛的硅錳彈簧鋼，強度、彈性和淬透性較好，也被用于風鏟、沖擊鉆探工具、小型冷作模具等[2]。本文嘗試通過等溫淬火的方式使60Si2Mn鋼表面獲得貝氏體組織，心部仍為原始組織（珠光體+鐵素體），為60Si2Mn鋼表面貝氏體化熱處理工藝研究提供一定的數(shù)據(jù)參考。

1 試驗材料與方法

試驗中所使用原料為60Si2Mn鋼棒，其化學成分為（質(zhì)量分數(shù)，%）：0.6 C，1.82 Si，0.8 Mn，0.015 P，0.010 S，0.15 Gr，0.35 Ni，其余為Fe。將鍛造的棒材機加工成規(guī)格為φ8mm×10mm圓柱試樣。經(jīng)機械打磨除去試樣表面氧化物和油污后，用高頻電磁感應線圈將試樣進行加熱到900℃，快速轉(zhuǎn)移到鹽浴中冷卻（鹽浴溫度300℃），保溫約30min進行貝氏體轉(zhuǎn)變，最后將試樣放入水中冷卻。試樣經(jīng)研磨、拋光后，用顯微硬度儀測量試樣從中心到表面的顯微硬度，再用硝酸酒精腐蝕試樣，使用光學顯微鏡和掃描電鏡（FEI-S50）觀察侵蝕后試樣的微觀組織形貌。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 60Si2Mn鋼表面貝氏體化工藝原理分析

貝氏體硬度接近馬氏體，韌性優(yōu)于馬氏體，因此貝氏體鋼也具有了優(yōu)異的綜合力學性能，鋼中貝氏體是過冷奧氏體在珠光體轉(zhuǎn)變和馬氏體轉(zhuǎn)變之間的中溫區(qū)域的分解產(chǎn)物，故稱中溫轉(zhuǎn)變，一般為鐵素體和碳化物組成的兩相混合物。貝氏體既有珠光體轉(zhuǎn)變的某些特征，又有馬氏體轉(zhuǎn)變的某些特征，這給貝氏體帶來復雜的相變性質(zhì)和多樣的組織形態(tài)。影響貝氏體組織形態(tài)除內(nèi)在因素諸如鋼的化學成分和母相組織以外，外在因素即熱加工工藝是至關重要的因素[1]。

將60Si2Mn鋼表面快速加熱，使得表面奧氏體化，心部仍為原始組織。通過查閱文獻[3-4]，從60Si2Mn鋼的CCT曲線可以看出，只要在260℃～600℃溫度范圍內(nèi)等溫淬火從理論上完全可以獲得60Si2Mn鋼表面貝氏體組織。為了盡可能多地獲得表面貝氏體組織，選取淬火溫度為280℃～320℃，本次試驗選取300℃。

2.2 表面顯微硬度分析

試樣熱處理前后的硬度如表1所示?？梢钥闯觯瑹崽幚砗髨A柱試樣從表面到心部硬度變化均勻，硬度從中心到表面逐步升高，外表面硬度均值在61HRC以上，明顯高于熱處理前試樣表面硬度。通過沖擊韌性試驗測量，試樣熱處理后的沖擊功為KV≥12.8J，而未經(jīng)熱處理的試樣沖擊功僅為KV=5.08J。可見，采用等溫淬火后使60Si2Mn鋼的硬度和韌性均有所提高。

2.3 60Si2Mn鋼表面貝氏體化顯微組織分析

60Si2Mn鋼經(jīng)過表面貝氏體化后，其顯微組織如圖1所示?？梢钥吹浇M織中除了含有羽毛狀的上貝氏體和針狀的下貝氏體、奧氏體，還有一些夾雜的碳化物。利用顯微硬度儀對試樣表面選取5個點分別測得顯微硬度，然后求得平均值約為729.2HV轉(zhuǎn)換成約為61HRC。

3 結(jié)論

（1）設計了60Si2Mn鋼復合熱處理工藝，通過硬度試驗、沖擊試驗和顯微組織的分析，證明設計出復合工藝正確合理。

（2）經(jīng)過等溫淬火，60Si2Mn鋼表面獲得貝氏體組織，可以減小構件變形，提高構件表面強度，塑性和韌性也有所提高，有利于提高使用壽命。

參考文獻

[1] 席光蘭.鋼中貝氏體組織控制工藝研究[D].蘭州理工大學，2006.

[2] 王桂棠，林金萱.60Si2Mn鋼汽車板簧熱處理工藝優(yōu)化研究[J].熱加工藝，2005（7）：34-36.

[3] 潘金芝，任瑞銘，郭立波，等.淬火對60Si2Mn組織及力學性能的影響[J].熱加工工藝，2010，39（22）：146-148.

[4] 耿志江，岳新生，任向陽，等.60Si2Mn彈簧鋼熱處理工藝綜述[J].新技術新工藝，2003（1）：30-31.