GCr15鋼經過復相熱處理后，獲得馬氏體基體上有適量的先轉變下貝氏體的兩相混合組織，在強度、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用。初步應用試驗表明，用該工藝處理的承受連續沖擊及擠壓載荷的工件，其使用壽命可提高23倍[1]。本工作利用光學顯微鏡及透射電鏡，通過對顯微組織、二次碳膜復型及金屬薄膜的觀察，分析了B下M復相組織中下貝氏體的轉變過程及特征。
2 試驗方法
2.1 樣品的熱處理
試驗材料選用GCr15軸承鋼，原材料為細片狀珠光體組織，經球化退火后進行850℃×12min奧氏體化，隨后在240℃等溫180min，最后進行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冷奧氏體在隨后的冷卻過程中轉變成馬氏體。
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，觀測顯微組織及制備二次碳膜復型。同時，對樣品進行超薄切片，用雙噴法制備金屬薄膜。
3 試驗結果及分析
3.1 GCr15鋼下貝氏體轉變的顯微組織分析
GCr15鋼在850?12min奧氏體化后經240℃等溫不同時間再在油中冷卻，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。隨等溫時間的延長下貝氏體量不斷增多，等溫15min時下貝氏體量約20%(圖1a)，主要呈孤立的針狀分布；等溫時間延長至30min，下貝氏體量已增多至35%40%(圖1b)，且開始出現草叢狀分布。繼續增加等溫時間，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鋼下貝氏體轉變的碳膜二次復型分析
等溫不同時間試樣的碳膜復型組織見圖2。圖2a是等溫5min，由圖可見下貝氏體生長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為平行束，絕大多數下貝氏體針是以交叉形式存在的。隨著等溫時間的延長，過冷奧氏體內部形核增多，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軸方向長大，導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 等溫時間對B下M復相組織的影響 400×
(a)5min 2500× (b)30min 6300× (c)60min 6300×
圖2 碳膜二次復型電鏡像
(a)5min (b)30min (c)60min
圖3 B下M復相組織的TEM形貌 25000×
3.3 下貝氏體的轉變特征
圖3a是GCr15鋼在240?等溫5min時TEM的復相組織，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，所析出的碳化物細小，呈條狀在鐵素體基體內沿一定方向析出。
圖3a及圖3b(等溫30min)表明，短時間等溫的鐵素體片較窄，析出的碳化物較細小，分布較均勻；長時間等溫的鐵素體片加寬，析出的碳化物條粗化，分布仍均勻；兩者比較可說明鐵素體片的長大受碳的擴散和鐵素體內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 結論
(1)在B下M復相組織中，隨等溫時間的延長，下貝氏體量不斷增加，其形態也由最初的孤島狀下貝氏體針變為草叢狀，最后聯成一片。
(2)在下貝氏體的轉變過程中，隨等溫時間的延長，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)隨等溫時間的延長，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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