等温球化退火温度对高碳钢组织的影响

高碳钢具有高的强度、硬度、弹性极限和疲劳极限，广泛用做工模具钢、轴承钢等钢种，在国防、车辆和机械等领域发挥着重要的作用。随着高碳钢的应用环境越来越复杂，在某些使用环境中会承受强烈的振动和冲击，既要求满足高硬度以提高耐磨性，也要求具有一定的塑韧性。高碳钢组织中碳化物的数量、尺寸和形貌对塑韧性有十分重要的影响，细小碳化物在组织中的均匀分布可以提升高碳钢零件的使用寿命，并使其具有良好的综合性能。本工作对高碳钢进行等温球化退火处理，通过改变等温温度获得不同的退火组织，然后完成相同的淬回火处理，研究不同等温温度对球化退火组织和淬回火后组织的影响，为改进高碳钢的球化退火工艺和提升高碳钢的使用性能提供依据。
试验选用的材料是高碳钢锻件，其名义化学成分如表1所示。试验钢经冶炼、锻造、短时退火、扒皮除去表面缺陷后得到Φ115mm×1000mm棒材，沿钢棒轴向截取Φ115mm×20mm的圆片，进行不同等温温度的球化处理实验。具体球化退火工艺：试验钢600℃到温装炉，以80℃/h升温到770℃保温6h后以30℃/h降温到（680、700、720℃）保温4h，最后以30℃/h降温到600℃出炉空冷。经过球化退火后的试样进行830℃×1h油冷+600℃×2h空冷的相同淬回火处理。用线切割在相同位置取样，用2%的硝酸酒精适度腐蚀。利用HTACHI S-4300场发射扫描电镜观察组织形貌，对不同等温温度的试样在观察区域中都随机选取30个5000倍视场采集照片。采用Image Pro Plus软件统计碳化物并进行定量分析。
表1 试验钢的名义化学成分（质量分数，%）
CSiMnCrPS
0.95～1.050.40～0.650.90～1.201.35～1.65＜0.02＜0.02

试验结果表明：
（1）700℃等温球化退火后的组织中碳化物平均尺寸最小，碳化物数量最多，圆度最好；当等温温度为680℃时大尺寸碳化物所占的比例较大，碳化物数量最少；等温温度为720℃时组织中形成较多片层状碳化物，圆度最差。
（2）不同等温温度球化退火的组织经过相同淬回火处理后组织有明显的差异，且组织中碳化物的变化趋势表现出组织遗传倾向。当等温温度为700℃时，淬回火组织中的未溶碳化物尺寸均匀，且细小弥散分布。