【文章內(nèi)容簡介】 。因此，有環(huán)境介質(zhì)中的氫引起氫致延滯斷裂。防止氫脆的措施，氫脆與環(huán)境因素、力學(xué)因素及材質(zhì)因素有關(guān)，因此可以從三方面來防止：（1）環(huán)境因素 設(shè)法切斷氫進(jìn)入金屬中的途徑，或者控制這條途徑上的某個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，延緩在這個(gè)環(huán)節(jié)上的反應(yīng)速度，使氫不進(jìn)入或少進(jìn)入金屬中。（2）力學(xué)因素 在機(jī)件設(shè)計(jì)和加工過程中，應(yīng)排除各種產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力的因素；相反，采用表面處理使表面獲得殘余壓應(yīng)力層，對防止斷裂有良好作用。（3） 材質(zhì)因素 含碳量較低且硫、磷含量較少的鋼，氫脆敏感性低。鋼的強(qiáng)度等級(jí)越高，對氫脆越敏感。因此，對在含氫介質(zhì)中服役的高強(qiáng)度鋼的強(qiáng)度應(yīng)有所限制。晶粒度對抗氫脆能力的影響比較復(fù)雜，因?yàn)榫Ы缂瓤晌綒?，又可作為氫擴(kuò)散的通道，總的傾向是細(xì)化晶粒可提高抗氫脆能力。冷變形使氫脆敏感性增大。因此，合理選材與正確定冷、熱加工工藝，對防止機(jī)件的氫脆也是十分重要的。 金屬磨損機(jī)件表面相接觸并作相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，表面逐漸有微小顆粒分離出來形成磨削（松散的尺寸與形狀均不相同的碎屑），使表面材料逐漸流失（導(dǎo)致機(jī)件尺寸變化和質(zhì)量損失）、造成表面損傷的現(xiàn)象即為磨損。磨損主要是力學(xué)作用引起的，但磨損并非單一力學(xué)過程[14]。引起莫無奈的原因既有力學(xué)作用，也有物理和化學(xué)作用，因此，摩擦副材料、潤滑條件、加載方式和大小、相對運(yùn)動(dòng)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(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)過程。機(jī)件正常運(yùn)行的磨損過程一般分為三個(gè)過程：跑合階段、穩(wěn)定磨損階段、劇烈磨損階段。耐磨性是材料抵抗磨損的性能，這是一個(gè)系統(tǒng)的性質(zhì)。迄今為止，還沒有一個(gè)統(tǒng)一的、意義明確的耐磨性指標(biāo)。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。磨損量即可用試樣摩擦表面法線方向的尺寸減小來表示，也可用試樣體積。 珠光體的組織和性能 珠光體的組織形態(tài)和晶體學(xué) 共析成分的合金自奧氏體相區(qū)冷卻至A1或A1以下200℃溫度范圍時(shí)，將得到珠光體組織[15]。珠光體是由片層相間的鐵素體和滲碳體所組成，二者的重量比約為7比1，具有這種組織的金相試樣在拋光和腐蝕后，間距為微米級(jí)，略為凸起的滲碳體片就好像是一個(gè)衍射光柵，在普通光照射下會(huì)產(chǎn)生珍珠般的光澤，因而得名[16]。珠光體團(tuán)和珠光體領(lǐng)域的大小對珠光體的機(jī)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。珠光體轉(zhuǎn)變的一些重要特點(diǎn)：（1）片層間距隨轉(zhuǎn)變溫度的降低而減小。（2）片層間距的倒數(shù)與過冷度呈線性關(guān)系。（3）片層間距的細(xì)小程度受可能獲得的驅(qū)動(dòng)力的限制。不同片層間距的珠光體，通常還有不同的名稱[17]。在光學(xué)顯微鏡下可以分辨的成為珠光體；在光學(xué)顯微鏡下不能分辨的稱為屈氏體或極細(xì)珠光體；片層間距在上述二者之間，稱為索氏體或細(xì)珠光體。奧氏體化的溫度、轉(zhuǎn)變前奧氏體的晶粒大小，只影響珠光體團(tuán)的大小，對片層間距則無影響。 珠光體的機(jī)械性能 可以把珠光體看作是在鐵素體基體中含有許多滲碳體片的一種組織。滲碳體硬而脆，有較大的形變抗力，因此，滲碳體片的存在會(huì)使強(qiáng)度和硬度增加，這也是一種第二相的強(qiáng)化作用[18]。但由于滲碳體比較粗大，又呈片狀，所以不但強(qiáng)化作用有限，使強(qiáng)度和硬度提高不多，而且使塑性和韌性顯著下降。 對于含碳量相同即滲碳體量相同的鋼，球化體強(qiáng)度和硬度要比珠光體組織的低，但塑性較好，斷裂強(qiáng)度和疲勞抗力都較高，韌脆轉(zhuǎn)化溫度也較低。如果將珠光體的性能與鋼中其他非平衡組織的性能做一比較，那么，將同一碳含量的鋼處理成不同的組織時(shí)，以馬氏體的強(qiáng)度和硬度最高、塑性韌性最低；珠光體則恰恰相反；貝氏體則處于其間。 珠光體轉(zhuǎn)變機(jī)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(zhuǎn)變中同時(shí)完成了原子擴(kuò)散和點(diǎn)陣重構(gòu)兩個(gè)過程。因此，珠光體轉(zhuǎn)變是以擴(kuò)散為基礎(chǔ)并受擴(kuò)散所控制的[19]。 珠光體轉(zhuǎn)變也分為形核和長大兩個(gè)過程。當(dāng)鋼為共析成分時(shí)，珠光體在奧氏體晶界上形核；當(dāng)鋼的成分偏離共析成分時(shí)，珠光體在通常位于奧氏體晶界處的先共析相（鐵素體或滲碳體）上形核。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(shí)，還可以進(jìn)行橫向形核，縱向長大，又稱為橫向長大。 擴(kuò)散的結(jié)果使晶界處的平衡遭到破壞，這有促使鐵素體和滲碳體分別在不同位置處繼續(xù)長大，以維持晶界處的平衡[20]。這就導(dǎo)致了珠光體的不斷長大。 等溫退火的加熱溫度與完全退火時(shí)大體相同，冷卻時(shí)則在Ar1以下的某一溫度等溫，使之發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變，然后出爐冷卻到室溫。第二章 實(shí)驗(yàn)方案及過程 實(shí)驗(yàn)方案 本實(shí)驗(yàn)具體的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)過程 試樣的制備 實(shí)驗(yàn)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。 均勻化退火 本實(shí)驗(yàn)用箱式電阻爐加熱，將試樣放入1120℃的電阻爐中，等到試樣透熱后開始計(jì)時(shí)，保溫150m后隨爐冷卻到300℃下，冷卻到室溫。 退火是鋼的熱處理工藝中應(yīng)用最廣、花樣最多的一種工藝。退火是將鋼加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，?jīng)過保溫后以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s，以降低硬度、改善組織、提高切削加工性的一種熱處理工藝。 奧氏體化 奧氏體化是指將鋼加熱到臨界溫度以上，然后進(jìn)行保溫，使其完全轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的一種工藝。臨界溫度對不同的鋼有不同的取值。對碳素鋼而言，根據(jù)含碳量和鐵碳相圖確定。FeC相圖如下所示：本實(shí)驗(yàn)是將退火后的試樣放到930℃的電阻爐中，等到溫度均勻后開始計(jì)時(shí)，保溫10min。加熱或奧氏體化是一切鋼件熱處理的第一步，加熱時(shí)得到的組織——奧氏體，又是隨后在冷卻時(shí)發(fā)生的各種轉(zhuǎn)變的母相，因此，奧氏體化的情況對鋼件的機(jī)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(xì)小，得到很好的母相組織，在以后的冷卻轉(zhuǎn)變中發(fā)揮很好的作用。 正火正火是將鋼加熱到Ac3或Acm以上30到50℃保溫，然后在室溫的靜止空氣中自然冷卻。正火可以細(xì)化晶粒，使組織均勻化，改善鑄件的組織和低碳鋼的切削加工性；也可以作為預(yù)備熱處理，為隨后的熱處理做準(zhǔn)備。本實(shí)驗(yàn)是將奧氏體化的試樣從電阻爐中取出空冷至室溫。然后對其的金相組織和硬度等性能進(jìn)行測試。 進(jìn)行不同狀態(tài)的處理本實(shí)驗(yàn)是將在930℃奧氏體化的試樣分別在300℃、270℃、210℃、220℃、160℃保溫不同時(shí)間，然后取出空冷。 磨樣、拋光、腐蝕及拍金相照片將處理后的所有試樣分別用600、1200、2000CW的砂紙從粗到細(xì)進(jìn)行磨樣，直到試樣表面沒有明顯劃痕，再將欲磨好的試樣用金相拋光機(jī)進(jìn)行拋光，直到表面的微小劃痕消失為止。在拋光時(shí)用100倍的光學(xué)顯微鏡觀察，試樣表面微小的劃痕是否已經(jīng)消失。已經(jīng)拋光好的試樣用4％硝酸酒精溶液進(jìn)行腐蝕，在腐蝕時(shí)不要腐蝕太過，也不能腐蝕太淺。腐蝕太過在金相顯微鏡下圖像發(fā)黑，腐蝕太淺組織圖像不清晰。然后將已經(jīng)腐蝕好的試樣去拍金相，分別用100倍、200倍、500倍和1000倍的放大倍數(shù)觀察組織，并拍攝金相組織照片。 硬度為了進(jìn)一步了解材料的性能，給材料做了硬度測試。每個(gè)狀態(tài)各自打3個(gè)點(diǎn)，然后測出硬度后取平均值。分析其不同狀態(tài)下的硬度值反映出的性能。 第三章 結(jié)果分析與討論 顯微組織分析 退火組織分析 通過金相法對不同狀態(tài)下的顯微組織進(jìn)行觀察分析。組織的形成由形核階段和長大階段兩個(gè)部分構(gòu)成。而且還必須達(dá)到三個(gè)條件：能量起伏、結(jié)構(gòu)起伏和濃度起伏。當(dāng)形核半徑大于臨界形核半徑時(shí)，就開始長大。 均勻化退火后的組織如圖31所示，其中白色的是鐵素體，黑白相間的是珠光體還有一些在鐵素體基體上彌散分布的碳化物存在。 （a） (b) (c) (d)圖31 60Si2Mn退火組織，1120℃，（a）100 （b）200 (c) 500 (d) 500 如圖所示，形核一般發(fā)生在晶界處。這是由于在晶界存在著很多缺陷，當(dāng)缺陷消失時(shí)會(huì)釋放出能量，從而使其容易達(dá)到形核所需的能量起伏，同時(shí)也達(dá)到濃度起伏狀態(tài)。退火可以作為預(yù)備熱處理，改善材料的切削加工性能，減小材料的內(nèi)應(yīng)力，使材料的組織均勻化等。 正火組織分析 將鋼加熱到930℃保溫10min后取出空冷到室溫，使鋼發(fā)生正火轉(zhuǎn)變。正火使鋼的晶粒細(xì)化，組織均勻，也可以作為預(yù)備熱處理為后續(xù)工作做準(zhǔn)備。 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。白色的是鐵素體，還有一些碳化物存在。 (a) (b) (c) (d)圖32 60Si2Mn正火組織，（a）100 (b) 200 (c) 500 (d) 500 正火處理時(shí)還要考慮工件的截面大小和C曲線的位置。截面太厚的工件正火空冷時(shí)，表面和心部的冷卻速度差別較大，容易產(chǎn)生殘余應(yīng)力。本試樣是比較厚的板材，因此應(yīng)力集中效果不是很明顯，所以沒有考慮這方面影響。 組織比較 試樣在不同的溫度下保溫不同的時(shí)間，它形成的組織是不同的，從而影響到材料的使用性能。因此，要對不同溫度下保溫不同時(shí)間的組織進(jìn)行比較。 從930℃保溫10min后取出在不同的溫度保溫后得到的試樣進(jìn)行比較。在300℃保溫30min和在270℃保溫30min進(jìn)行比較，如圖33所示； 300℃ 30min 100 270℃ 30min 100 300℃ 30min 500 270℃ 30min 500圖33 在不同溫度相同時(shí)間保溫后的組織在不同溫度下等溫不同時(shí)間得到的組織明顯不同，在保溫30min下，300℃下保溫比270℃保溫時(shí)析出的碳化物多，但組織均勻程度較270℃低。在100下，很明顯看到上述的情況。在圖中白色的是鐵素體組織，黑色的是細(xì)小珠光體組織，這可以根據(jù)顯微硬度看出來。前者由于溫度高，原子擴(kuò)散速度快，使得碳化物析出速度加快，因此，300℃下的組織硬度要比270℃下的硬度要高。同時(shí)可以看出，在經(jīng)過高溫均勻化退火之后，使得之后的轉(zhuǎn)變得到的組織變得更加均勻。同時(shí)，在300℃時(shí)，鐵素體基體上會(huì)彌散析出碳化物，明顯要比270℃析出的要多。在經(jīng)過完全奧氏體化后，在不同的溫度等溫相同時(shí)間，根據(jù)上面所述，組織是不同的，所以最后得到的性能也不同。所以在機(jī)械行業(yè)，經(jīng)常通過所需要的性能來推測應(yīng)該獲得哪種組織，然后再確定具體的工藝。在220℃等溫不同時(shí)間后得到的組織如圖34所示； 220℃ 2h 100 220℃ 4h 100 220℃