【正文】 力學性能 60Si2Mn變形力學行為隨著計算機在模擬金屬流動過程和控制軋制等領域的廣泛應用，人們大量研究了材料熱變形時的力學行為，建立了反應材料流變應力與應變條件之間關系的流變力學模型，為計算機模擬金屬塑性變形過程、優(yōu)化工藝參數(shù)提供了所需的基本信息[6]。實心圓柱體最大直徑不應超過12mm。5℃，比淬火加熱時的177。 淬火加熱溫度與保溫時間等溫淬火時由于等溫熱介質的溫度較高，冷卻能力較小，為避免從高溫冷至等溫溫度的過程中發(fā)生珠光體轉變或上貝氏體轉變，應設法增大過冷奧氏體的穩(wěn)定性，故等溫淬火時的加熱溫度一般比普通淬火時要高30～80℃。但是, 奧氏體晶粒過粗, 機械性能下降。60Si2Mn 鋼中C、Si、Mn含量高, 其正常淬火硬度必然會高。增加提高淬透性的元素，有助于保證淬火硬度。60Si2Mn 可以制作汽車板簧, 但其淬透性差。又如，焊接零件若選用淬透性較高的鋼制造，往往容易在焊縫熱影響區(qū)形成淬火組織，從而增大焊接變形和開裂的傾向。但是，也并非在任何情況下都要求淬透性越高越好。400℃回火的試樣雖然σb,但對彈簧來說很重要的性能—屈服強度比較高，但它的疲勞性能很不穩(wěn)定。淬火后得到的針狀馬氏體就較粗；同時奧氏體合金化程度隨著淬火溫度提高亦有多提高。最佳熱處理工藝能充分發(fā)揮材料潛在的材質作用，從而提高機械產品的質量。它的發(fā)展比滲碳晚，但如今已獲得十分廣泛的應用，尤其是在航空工業(yè)中，這主要是應為具有以下幾點：① 高的硬度和耐磨性；② 高的疲勞強度；③ 變形小而規(guī)律性強；④ 較高的抗“咬卡”性能；⑤ 較高的抗腐蝕性能。滲碳是將鋼件置于有足夠碳勢的介質中加熱到奧氏體狀態(tài)并保溫，使其表層形成一個富碳層的熱處理工藝。某些含碳量較高的鋼制大型零件或復雜零件甚至淬火后在等待回火期間就發(fā)生突然爆裂，這更清楚的說明了淬火鋼的脆性和殘余亦應力之大，也說明了回火和及時回火的重要性?？梢姡慊鹗鞘逛搹娀瞳@得某些特殊使用性能的主要方法。正火是將鋼加熱到AC3 或Acm以上30～50℃保溫，然后在室溫的靜止空氣中自然冷卻，正火可以細化晶粒，是組織均勻化，改善鑄件的組織和低碳鋼的切削加工性能，也可以作為預備熱處理，為隨后的熱處理做準備。 60Si2Mn概述 60Si2Mn的熱處理金屬熱處理是將固態(tài)金屬（包括純金屬和合金）通過特定的加熱和冷卻方法，使之獲得工程技術上所需的一種工藝過程的總稱。此外，還能降低鋼的脆性轉變溫度，抑制鋼的可逆回火脆性，因而被廣泛用于結構鋼?！坝痛慊鼗稹钡闹饕^程是以鋼材通過加熱到Ac。60Si2Mn通常的淬火溫度為860土10℃，～[1]。近年來，對亞共析鋼進行亞溫淬火，可獲得少量細小、均勻分布的鐵素體與馬氏體組織，即不降低硬度，還可以提高韌性和使用壽命 。冷沖頭淬火加熱溫度選擇在800 ℃進行，加熱過程中就會形成細小的奧氏體和少量的未溶鐵素體。錳的作用在于提高鋼的淬透性、耐磨性。珠光體是一種硬而脆的組織。 摘 要通過對60Si2Mn進行均勻化退火、奧氏體化、正火和回火處理，研究這種材料在高溫退火和回火處理下得到的組織，以及對這種材料的力學性能進行測試。60Si2Mn在均勻化退火后可以得到均勻的組織。60Si2Mn在950℃附近淬火，可獲得相當多板條馬氏體，使K值升高，并且具有足夠的K 值，最好的抗壓屈服強度，較高的抗彎強度抗壓強度及優(yōu)量的耐磨性能。若將結構鋼在Ac1一Ac3，之間淬火、再回火(亞臨界處理或亞溫淬火)，它可以提高鋼的低溫韌性和抑制回火脆性。由于細化強韌化及少量鐵素體的存在，使沖頭強韌性大大提高。淬火保溫時間關系到淬火的透燒時間，若控制不當，鐵素體則不能全部溶解。以上的理想溫度后經過過冷急劇冷卻轉變?yōu)轳R氏體，得到的晶粒組織不理想，淬火馬氏體組織回火后得到回火托氏體或索氏體組織；若淬火加熱和冷卻及回火溫度控制不當，容易形成部分索氏體或全部索氏體。60Si2Mn應用亞溫淬火，也可取得一定的效果，有人建議要對其進行亞溫貝氏體淬火的研究。熱處理能獲得這樣的效果，是因為固態(tài)金屬在溫度（也包括壓力）改變時，其組織和結構會發(fā)生變化（通稱固態(tài)相變），如能根據(jù)其變化規(guī)律，采取特定的加熱和冷卻方法，控制相變過程，使可獲得所需的組織、結構和性能[2]。鋼的淬火是將鋼加熱到臨界溫度（AC3或AC1）以上，保溫一定時間使之奧氏體化后，以大于臨界冷卻速度的冷卻的一種工藝過程。回火是將淬火后的鋼在A1一下的溫度加熱、保溫，并以適當?shù)乃俣壤鋮s的工藝過程。回火可以在A1一下很寬的溫度范圍內進行，鋼的性能也可以在很寬的溫度范圍內變化。根據(jù)使用的介質的物理狀態(tài)，可以將滲碳分為氣體滲碳、液體滲碳和固體滲碳三種。 熱處理工藝與性能關系熱處理工藝是獲得鋼使用性能的一種工藝手段。為了消化國外引進技術，以及提高機械產品的質量，很有必要對材料的熱處理進行研究。它對性能的改善起著一定的作用。 淬透性鋼的淬透性是正確選用鋼材和制定熱處理工藝的重要依據(jù)之一。隨著各種零件的受力情況和工藝過程的不同，往往對淬透性有不同的要求?？梢?，根據(jù)具體情況選擇具有適當淬透性的鋼種十分重要[4]。鋼在正常淬火條件下，超過臨界淬火速度冷卻所形成的馬氏體組織能夠達到的最高硬度，主要與鋼的含碳量有關。絕大多數(shù)合金元素融入奧氏體后，均使C曲線右移，降低臨界淬火速度，從而顯著提高鋼的淬透性。在相同的過冷度下, 奧氏體成分越均勻, 珠光體形核率越低, 轉變的孕育期增長, C 曲線右移, 臨界淬火速度減慢, 鋼的淬透性越高。 等溫處理 等溫淬火有兩種等溫淬火法，即貝氏體等溫淬火法與馬氏體等溫淬火法。 等溫溫度與等溫時間等溫溫度應根據(jù)鋼的機械性能要求來確定。10℃要嚴格的多，這是因為等溫溫度對性能影響十分明顯，如偏差太大，將難以達到技術要求。雙面冷卻的扁平零件和空心圓柱體的壁厚不應超過6mm；單面冷卻的零件壁厚不應超過3mm。60Si2Mn是一種主要用于制造彈性元件，同時也用于制造炮彈彈體的近共析鋼材料。(3) 材料在Ac3溫度上變形時，加工硬化程度隨變形量的增加而減弱，并在某一等溫應變時，達到硬化極限，然后變形抗力基本保持不變，甚至有所下降。 金屬的疲勞工程上很多機件和構件都是在變動載荷下工作的，如曲軸、連桿、齒輪、彈簧、輥子、葉片及橋梁等，其失效形式主要是疲勞斷裂。疲勞力學性能極其影響因素等，以便為疲勞強度設計和選用材料、改進工藝提供基礎知識[9]。特點：（1） 疲勞是低應力循環(huán)延時斷裂，即具有壽命的斷裂。（2）疲勞是脆性斷裂，由于一般疲勞的應力水平比屈服強度低，所以不論是韌性材料還是脆性材料，在疲勞斷裂前均不會發(fā)生塑性變形及有形變預兆，它是在長期積累損傷過程中，經裂紋萌生和緩慢亞穩(wěn)擴展到臨界尺寸時才突然發(fā)生的。這些斷裂形式大多為低應力脆斷，具有很大的危險性。應力腐蝕斷裂并不是金屬在應力作用下的機械性破壞與在化學介質作用下的腐蝕性能破壞的疊加所造成的，而是在應力和化學介質的聯(lián)合作用下，按特有機制產生的斷裂[11]。在亞穩(wěn)擴展區(qū)可見到腐蝕產物和氧化現(xiàn)象，故常呈黑色或灰黑色，具有脆性特征。根據(jù)這一特征可以將應力腐蝕與腐蝕疲勞、晶間腐蝕以及其他形式的斷裂區(qū)分開來。此外，尚可采取電化學方法保護。因此，應盡量減少機件上的應力集中效應，加熱和冷卻要均勻。（4）采用電化學保護 由于金屬在化學介質中只有在一定的電極電位范圍內才會產生應力腐蝕現(xiàn)象，因此，采用外加電位的方法，使金屬在化學介質中的電位遠離應力腐蝕敏感電位區(qū)域，也是防止應力腐蝕的一種措施，一般采用陰極保護法。前者是指金屬在熔煉過程中及隨后的加工制造過程（如焊接、酸洗、電鍍等）中吸收的氫；后者則是金屬機件在服役時從含氫環(huán)境介質中吸收的氫。如鋼在300～500℃的高壓氫氣氛中工作時，由于氫與鋼中的碳化物作用生成高壓的CH4氣泡，當氣泡在晶界上達到一定密度后，金屬的塑性將大幅度降低。（2）白點，當鋼中含有過量的氫時，隨著溫度降低氫在鋼中的溶解度減小。（3）氫化物致脆，金屬材料對氫化物造成的氫脆敏感性隨溫度降低及機件上缺口的尖銳程度增加而增加。（4）氫致延滯斷裂，高強度鋼含有適量的處于固溶狀態(tài)的氫（原來存在的或從環(huán)境介質中吸收的），在低于屈服強度的應力持續(xù)下，經過一段孕育期后，在金屬內部，特別是在三向拉應力區(qū)形成裂紋，裂紋逐步擴展，最后突然發(fā)生脆性斷裂。鋼的表面單純吸附氫原子是不會產生氫脆的，氫必須進入аFe晶格中偏聚到一定濃度后才能形成裂紋。（3） 材質因素 含碳量較低且硫、磷含量較少的鋼，氫脆敏感性低。冷變形使氫脆敏感性增大。引起莫無奈的原因既有力學作用，也有物理和化學作用，因此，摩擦副材料、潤滑條件、加載方式和大小、相對運動特性（方式和速度）以及工作溫度等諸多因素均影響磨損量的大小，所以，磨損是一個復雜的系統(tǒng)過程。通常是用磨損量來表示材料的耐磨性，磨損量越小，耐磨性越高。珠光體團和珠光體領域的大小對珠光體的機械性能都沒有明顯影響，有決定性影響的是其片層間距，即一片鐵素體與一片滲碳體的厚度之和。不同片層間距的珠光體，通常還有不同的名稱[17]。滲碳體硬而脆，有較大的形變抗力，因此，滲碳體片的存在會使強度和硬度增加，這也是一種第二相的強化作用[18]。 珠光體轉變機制 %C的奧氏體分解為碳含量很高（%）的滲碳體和碳含量很低（%）的鐵素體，轉變中同時完成了原子擴散和點陣重構兩個過程。珠光體長大的基本方式是沿著片的長軸方向長大，稱為縱向長大；于此同時，還可以進行橫向形核，縱向長大，又稱為橫向長大。第二章 實驗方案及過程 實驗方案 本實驗具體的實驗方案流程圖如下：60Si2Mn試樣的制備均勻化退火奧氏體化正火300℃30min220℃ 2 、4h270℃ 30min 30m210℃ 1h 160℃ 2 、4h磨樣，拋光，腐蝕金相照片硬度測試 實驗過程 試樣的制備 實驗前首先將8mm厚的60Si2Mn材料加工成48cm的試塊，并用砂紙打磨，去除表面氧化層，用丙酮清洗去除表面的油脂。 奧氏體化 奧氏體化是指將鋼加熱到臨界溫度以上，然后進行保溫，使其完全轉變?yōu)閵W氏體的一種工藝。加熱或奧氏體化是一切鋼件熱處理的第一步，加熱時得到的組織——奧氏體，又是隨后在冷卻時發(fā)生的各種轉變的母相，因此，奧氏體化的情況對鋼件的機械性能有很大的影響，必須在奧氏體化過程中使奧氏體組織均勻細小，得到很好的母相組織，在以后的冷卻轉變中發(fā)揮很好的作用。然后對其的金相組織和硬度等性能進行測試。已經拋光好的試樣用4％硝酸酒精溶液進行腐蝕，在腐蝕時不要腐蝕太過，也不能腐蝕太淺。每個狀態(tài)各自打3個點，然后測出硬度后取平均值。而且還必須達到三個條件：能量起伏、結構起伏和濃度起伏。這是由于在晶界存在著很多缺陷，當缺陷消失時會釋放出能量，從而使其容易達到形核所需的能量起伏，同時也達到濃度起伏狀態(tài)。 正火后鋼的顯微組織如圖32所示，由于從930℃的熱處理爐中取出，直接空冷至室溫，所以鋼的冷卻速度較快，而且鋼中存在合金元素和含碳量的原因，容易形成一定數(shù)量的馬氏體組織。本試樣是比較厚的板材，因此應力集中效果不是很明顯，所以沒有考慮這方面影響。在300℃保溫30min和在270℃保溫30min進行比較，如圖33所示； 300℃ 30min 100 270℃ 30min 100 300℃ 30min 500 270℃ 30min 500圖33 在不