摘要：本文研究了20MnK鋼亞溫淬火后，采用深冷處理工藝，試驗(yàn)結(jié)果表明：深冷處理后，20MnK鋼的硬度及韌性均有所改善，為20MnK鋼的強(qiáng)韌化找到了一條新途徑。

　　關(guān)鍵詞：深冷處理;亞溫淬火;強(qiáng)韌化   作者：陳淼、聶英斌、徐曉輝、王洪濤、陳浩

　　1概述

　　早在20世紀(jì)30年代國(guó)外就開(kāi)始采用零度以下過(guò)度冷卻的方法來(lái)改善鋼的性能，其目的是使殘余奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變，但并不能顯著降低殘余奧氏體量。20世紀(jì)70年代后，隨著低溫技術(shù)的解決和測(cè)試手段的完善，冷處理可擴(kuò)展到-196℃(或更低)的溫度，出現(xiàn)了所謂深冷處理技術(shù)[l]。大量研究表明，深冷處理能夠使鋼中的殘余奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體，并能夠析出彌散細(xì)小的碳化物，從而達(dá)到強(qiáng)韌化材料、提高材料的耐磨性并保證材料的尺寸穩(wěn)定性等目的目。本試驗(yàn)對(duì)20MnK鋼亞溫淬火后，采用深冷處理工藝，研究其力學(xué)性能的變化，力求為20MnK鋼的強(qiáng)韌化找出一條新途徑。

　　2 試驗(yàn)內(nèi)容與結(jié)果

　　2.120MnK鋼熱處理工藝

　　試驗(yàn)用20MnK鋼，原始態(tài)為熱軋正火態(tài)，即帶狀鐵素體和帶狀珠光體的混合組織。本試驗(yàn)把淬火+回火、淬火+深冷處理+回火作為試驗(yàn)工藝，如表1所示。淬火加熱選用箱式爐，淬火冷卻介質(zhì)采用10%～15%NaCl水溶液，深冷處理方法用液氮法，即將工件直接放入液氮中進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間(24h)處理。

表1 20MnK鋼熱處理工藝規(guī)范

　　2.2性能測(cè)試

　　為測(cè)定20MnK鋼抗拉強(qiáng)度，在WE一30液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，拉伸試樣為5X30X140的標(biāo)準(zhǔn)板狀試樣，試樣形狀尺寸如圖1所示：

　　在HR一1500T型洛氏硬度計(jì)上測(cè)定雙相鋼的洛氏硬度。力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果如表2所示。

表2 20MnK鋼的力學(xué)性能

　　3 試驗(yàn)結(jié)果分析

　　3.1深冷處理對(duì)20MnK鋼硬度的影響

　　由表2可知：淬火后深冷處理，使20MnK鋼的硬度值略有升高。760~C淬火后洛氏硬度HRC由未深冷前的2O.0升高到深冷處理后的21.7，780℃淬火后洛氏硬度HRC由未深冷前的26.6升高到深冷處理后的28.0。原因是：一方面，深冷處理后，殘余奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變，使硬度值增加，有學(xué)者認(rèn)為深冷能完全消除殘余奧氏體。也有學(xué)者認(rèn)為深冷只能降低殘余奧氏體的數(shù)量，不能完全消除殘余奧氏體。深冷處理還改變了殘余奧氏體的形狀、分布和亞結(jié)構(gòu)，有利于提高鋼的強(qiáng)韌性;另一方面，馬氏體分解，析出微細(xì)碳化物，馬氏體本身也發(fā)生碎化。組織碎化，從而彌散強(qiáng)化;第三方面，馬氏體本身的過(guò)飽和程度有所下降。固溶強(qiáng)化作用減弱，將促使硬度值下降。三方面綜合作用結(jié)果，深冷處理后使硬度有所增加。

　　3.2深冷處理對(duì)20MnK鋼拉伸性能的影響

　　由表2可知：深冷處理使20MnK鋼的強(qiáng)度提高的同時(shí)，韌性也有所提高。760℃時(shí)，深冷處理使鋼的屈服強(qiáng)度由560.2MPg提高到640.1MPg，提高了0.14%?？估瓘?qiáng)度由924.4MPg提高到994.6MPg，提高了0.075%。延伸率7.2%提高到9.6%，提高了0.33%。同理，780~E時(shí)，深冷處理使20MnK鋼屈服強(qiáng)度提高了0.11%，抗拉強(qiáng)度提高0.078%，延伸率提高0.35%?？梢?jiàn)，深冷處理對(duì)延伸率提高幅度更顯著。原因之一：在深冷處理時(shí)，轉(zhuǎn)變成的馬氏體析出超微細(xì)碳化物，從而彌散強(qiáng)化，主要是馬氏體經(jīng)-196%深冷，由于體積收縮，F(xiàn)e的晶格常數(shù)有縮小的趨勢(shì)，從而加強(qiáng)了碳原子析出的驅(qū)動(dòng)力，但由于低溫下的擴(kuò)散更為困難，擴(kuò)散距離更短，于是馬氏體的基體上析出了大量的彌散的超微細(xì)碳化物;原因之二：組織細(xì)化引起了20MnK鋼的強(qiáng)韌化，由粗大的馬氏體板條發(fā)生了碎化而引起的，因此深冷處理可以提高20MnK鋼的強(qiáng)韌性。

　　4 結(jié)論

　　綜上所述，通過(guò)對(duì)20MnK鋼亞溫淬火后，采用深冷處理工藝，使其硬度及韌性均有所改善，為20MnK鋼的強(qiáng)韌化找到了一條新途徑。因此，將深冷處理應(yīng)用在雙相區(qū)淬火工藝中具有重要意義。

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