【文章內(nèi)容簡介】 要是對鋼材的淬火。鋼材在加熱到一定溫度以上時(shí)其內(nèi)部組織將發(fā)生變化，組織大部分轉(zhuǎn)化為奧氏體，這溫度為失效溫度。然后馬上將鋼材放入油或者水中淬火，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體從而使鋼材的硬度提高。在淬火過程中鋼材內(nèi)部會產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，內(nèi)應(yīng)力會使鋼材發(fā)生變形，內(nèi)應(yīng)力大到一定程度會使鋼材開裂甚至斷裂。根據(jù)冷卻方法，淬火工藝分為單液淬火、雙介質(zhì)淬火、馬氏體分級淬火和貝氏體等溫淬火四類。在焊接中碳鋼和某些合金鋼時(shí)，熱影響區(qū)中可能發(fā)生淬火現(xiàn)象而變硬，易形成冷裂紋，這是在焊接過程中要設(shè)法防止的。由于淬火后金屬硬而脆，產(chǎn)生的表面殘余應(yīng)力會造成冷裂紋，回火可作為在不影響硬度的基礎(chǔ)上，消除冷裂紋的手段之一。淬火對厚度、直徑較小的零件使用比較合適，對于過大的零件，淬火深度不夠，滲碳也存在同樣問題，此時(shí)應(yīng)考慮在鋼材中加入鉻等合金來增加強(qiáng)度。淬火是鋼鐵材料強(qiáng)化的基本手段之一。鋼中馬氏體是鐵基固溶體組織中最硬的相，故鋼件淬火可以獲得高硬度、高強(qiáng)度。但是，馬氏體的脆性很大，加之淬火后鋼件內(nèi)部有較大的淬火內(nèi)應(yīng)力，因而不宜直接應(yīng)用，必須進(jìn)行回火。 淬火方法常用淬火方法 有主要有單介質(zhì)淬火、雙介質(zhì)淬火、馬氏體等溫淬火、貝氏體等溫淬火（圖14）。選擇適當(dāng)?shù)拇慊鸱椒梢员ＷC在獲得所要求的淬火組織和性能條件下，盡量減小淬火應(yīng)力，減少工件變形和開裂傾向。 圖14 淬火曲線圖（1）單介質(zhì)淬火是采用一種淬火介質(zhì)中一直冷卻到室溫的淬火方法。這種淬火方法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡便，適用于形狀簡單的碳鋼和合金鋼工件。形狀簡單、尺寸較大的碳鋼工件多采用水淬，小尺寸碳鋼件和合金鋼件一般用油淬。缺點(diǎn)對大尺寸和或形狀復(fù)雜的工件，采用水淬變形開裂傾向大，而油淬冷卻速度小淬不硬。（2）雙介質(zhì)淬火 是將工件加熱奧氏體化后先浸入冷卻能力強(qiáng)的介質(zhì)，在組織即將發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)，立即轉(zhuǎn)入冷卻能力弱的介質(zhì)中冷卻。常用的有“水油”、“水空”雙介質(zhì)淬火。這種方法能有效地減少熱應(yīng)力和相變應(yīng)力，降低工件變形和開裂的傾向，所以可用于形狀復(fù)雜和截面不均勻的工件的淬火。但操作時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制工件在水中的停留時(shí)間，要求操作工人必須具備豐富的經(jīng)驗(yàn)和熟練的技術(shù)。（3）馬氏體分級淬火 是將工件加熱奧氏體化后浸入溫度稍高于或稍低于Ms點(diǎn)的堿浴或鹽浴中保持適當(dāng)時(shí)間，在工件整體達(dá)到介質(zhì)溫度后取出空冷以獲得馬氏體的淬火。這種淬火方法由于工件內(nèi)外溫度均勻并在緩慢冷卻條件下完成馬氏體轉(zhuǎn)變，大大減小了淬火內(nèi)應(yīng)力(比雙介質(zhì)淬火小)，因而有效地減小鋼材的斷裂和變形。同時(shí)還克服了雙介質(zhì)淬火出水入油時(shí)間難以控制的缺點(diǎn)。但對大截面零件難以達(dá)到其臨界淬火速度。分級淬火只適用于尺寸較小的工件，如刀具、量具和要求變形很小的精密工件。 若取略低于Ms點(diǎn)的溫度，此時(shí)由于溫度較低，冷卻速度較快，等溫以后已有相當(dāng)一部分奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，當(dāng)工件取出空冷時(shí)，剩余奧氏體發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。這種淬火方法適用于較大工件的分級淬火。（4）貝氏體等溫淬火 將奧氏體化后的鋼材淬入稍高于Ms點(diǎn)溫度的鹽浴中等溫保存足夠長時(shí)間，使奧氏體全部轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w組織，然后再室溫下中冷卻，獲得綜合力學(xué)性能。等溫淬火可以有效地減小鋼材的斷裂和變形，適宜處理形狀復(fù)雜、尺寸精度要求較高的工具和重要的機(jī)器零件，例如刀具、齒輪、模具等。同分級淬火一樣，等溫淬火也只能適用于尺寸較小的工件。 除了上述幾種典型的淬火方法外，近年來還發(fā)展了許多提高鋼的強(qiáng)韌性的新的淬火工藝，如高溫淬火、循環(huán)快速加熱淬火和亞共析鋼的亞溫淬火等。 淬火的加熱溫度以鋼的相變臨界點(diǎn)為依據(jù)，加熱時(shí)要形成細(xì)小、均勻奧氏體晶粒，淬火后獲得細(xì)小馬氏體組織。碳素鋼的淬火加熱溫度范圍如圖15所示。圖15 碳素鋼淬火溫度范圍示意圖在圖15中可看出淬火溫度選擇原則也適用于大多數(shù)合金鋼，尤其低合金鋼。亞共析鋼加熱溫度為Ac3溫度以上30～50℃。從圖中看出，高溫下鋼的狀態(tài)處在單相奧氏體(A)區(qū)內(nèi)，故稱為完全淬火。若亞共析鋼加熱溫度高于Ac低于Ac3的溫度，則高溫下部分先共析鐵素體未完全轉(zhuǎn)變成奧氏體，即為不完全(或亞臨界)淬火。過共析鋼淬火溫度為Ac1溫度以上30～50℃，這溫度范圍處于奧氏體與滲碳體(A+C)雙相區(qū)。因而過共析鋼的正常的淬火仍屬不完全淬火，淬火后得到馬氏體基體上分布滲碳體的組織。這組織狀態(tài)具有高硬度和高耐磨性。對于過共析鋼，若加熱溫度過高，先共析滲碳體溶解過多，甚至完全溶解，則奧氏體晶粒將發(fā)生長大，奧氏體碳含量也增加。淬火后，粗大馬氏體組織使鋼件淬火態(tài)微區(qū)內(nèi)應(yīng)力增加，微裂紋增多，零件的變形和開裂傾向增加；由于奧氏體碳濃度高，馬氏體點(diǎn)下降，殘余奧氏體量增加，使工件的硬度和耐磨性降低。 回火 回火的目的鋼在淬火后一般很少直接使用，因?yàn)榇慊鸷蟮慕M織是馬氏體和殘余奧氏體，并且有內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生，馬氏體雖然強(qiáng)度、硬度高，但塑性差，脆性大，在內(nèi)應(yīng)力作用下容易產(chǎn)生變形和開裂；此外，淬火后組織是不穩(wěn)定的，在室溫下就能緩慢分解，產(chǎn)生體積變化而導(dǎo)致工件變形。因此，淬火后的零件必須進(jìn)行回火才能使用?；鼗鸬哪康氖牵海?）減少或消除淬火內(nèi)應(yīng)力；（2）穩(wěn)定組織，穩(wěn)定尺寸；（3）降低脆性、獲得所需要的力學(xué)性能。 回火對組織性能的影響淬火時(shí)鋼的組織轉(zhuǎn)變可分為四個(gè)階段：馬氏體的分解（200℃以下）→殘余奧氏體分解（200～300℃）→滲碳體的形成（250～400℃）→滲碳體聚集長大（400℃以上）。隨著回火溫度升高，淬火內(nèi)應(yīng)力不斷下降或消除，硬度逐漸下降，塑性、韌性逐漸升高（如圖16）。 圖16 回火力學(xué)性能變化 回火方法常用的回火方法（如表12）低溫回火（250℃）：低溫回火后得到回火馬氏體組織。其目的是降低鋼的脆性和淬火應(yīng)力，回火馬氏體具有較高的強(qiáng)度、硬度（一般為58~64HRC）和良好耐磨性。因此，低溫回火特別適用于刀具、量具、滾動軸承、滲碳件及高頻表面淬火等工求高硬度和耐磨性的工件。中溫回火（250℃~500℃）：中溫回火后得到回火托氏體組織。使鋼具有高的彈性極限，較高的強(qiáng)度和硬度（一般為35~50HRC），良好的韌性和塑性。中溫回火主要用于各種彈性元件及熱作模具。高溫回火（500℃）：高溫回火后得到回火索氏體組織。工件淬火并高溫回火的復(fù)合熱處理工藝稱為調(diào)質(zhì)。調(diào)質(zhì)后，鋼具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能（一般硬度為220~230HBS）。高溫回火主要適用于中碳結(jié)構(gòu)鋼或低合金結(jié)構(gòu)鋼制作的曲軸、連桿、螺栓、汽車半軸、機(jī)床主軸及齒輪等重要的機(jī)器零件。 ： 回火方法回火方法回火溫度/℃回火組織回火后硬度適用范圍低溫回火250M回5864HRC要求高硬度和耐磨的工具和零件。如削刀具、冷沖模具等。中溫回火250500T回3550HRC要求高屈服強(qiáng)度和一定韌性的彈性元件，熱做模具等。高溫回火500S回200350HRC要求綜合力學(xué)性能的重要力學(xué)受力零件，如軸、齒輪等?；鼗鸷蟮木嘟M織如圖111：圖111 回火后的晶相組織 鋼在回火后的性能淬火鋼回火后的性能取決于它的內(nèi)部顯微組織；鋼的顯微組織又隨其化學(xué)成分、淬火工藝及回火工藝而異。碳鋼在100～250℃之間回火后能獲得較好的力學(xué)性能。合金結(jié)構(gòu)鋼在200～700℃之間回火后的力學(xué)性能的典型變化如圖5所示。從圖5可以看出，隨著回火溫度的升高，鋼的抗拉強(qiáng)度σb單調(diào)下降； 先稍升高而后降低；斷面收縮率ψ 和伸長率δ 不斷改善；韌性（用斷裂韌度K1c為指標(biāo)）總的趨勢是上升，但在300～400℃之間和500～550℃之間出現(xiàn)兩個(gè)極小值，相應(yīng)地被稱為低溫回火脆性與高溫回火脆性。因此，為了獲得良好的綜合力學(xué)性能，合金結(jié)構(gòu)鋼往往在三個(gè)不同溫度范圍回火：超高強(qiáng)度鋼約在200～300℃；彈簧鋼在460℃附近；調(diào)質(zhì)鋼在550～650℃回火。碳素及合金工具鋼要求具有高硬度和高強(qiáng)度，回火溫度一般不超過200℃?；鼗饡r(shí)具有次生硬化的合金結(jié)構(gòu)鋼、模具鋼和高速鋼等都在500～650℃范圍內(nèi)回火。 回火脆性低溫回火脆性許多合金鋼淬火成馬氏體后在250～400℃回火中發(fā)生的脆化現(xiàn)象。已經(jīng)發(fā)生的脆化不能用重新加熱的方法消除，因此又稱為不可逆回火脆性。引起低溫回火脆性的原因已作了大量研究。普遍認(rèn)為，淬火鋼在250～400℃范圍內(nèi)回火時(shí)，滲碳體在原奧氏體晶界或在馬氏體界面上析出，形成薄殼，是導(dǎo)致低溫回火脆性的主要原因。鋼中加入一定量的硅，推遲回火時(shí)滲碳體的形成，可提高發(fā)生低溫回火脆性的溫度，所以含硅的超高強(qiáng)度鋼可在300～320℃回火而不發(fā)生脆化，有利于改進(jìn)綜合力學(xué)性能。高溫回火脆性 許多合金鋼淬火后在500～550℃之間回火，或在600℃以上溫度回火后以緩慢的冷卻速度通過500～550℃區(qū)間時(shí)發(fā)生的脆化現(xiàn)象。如果重新加熱到600℃以上溫度后快速冷卻，可以恢復(fù)韌性，因此又稱為可逆回火脆性。已經(jīng)證明，鋼中P、Sn、Sb、As等雜質(zhì)元素在500～550℃溫度向原奧氏體晶界偏聚，導(dǎo)致高溫回火脆性；Ni、Mn等元素可以和P、Sb等雜質(zhì)元素發(fā)生晶界協(xié)同偏聚，Cr元素則又促進(jìn)這種協(xié)同偏聚，所以這些元素都加劇鋼的高溫回火脆性。相反，鉬與磷交互作用，阻礙磷在晶界的偏聚，可以減輕高溫回火脆性。稀土元素也有類似的作用。鋼在 600℃以上溫度回火后快速冷卻可以抑止磷的偏析，在熱處理操作中常用來避免發(fā)生高溫回火脆性。 研究目的本文所研究的新型Qamp。P工藝與傳統(tǒng)Qamp。T對先進(jìn)高強(qiáng)度鋼組織性能的影響，新型Qamp。P工藝是目前最具發(fā)展?jié)摿Φ男滦蜔崽幚砉に?，?jīng)Qamp。P工藝處理的先進(jìn)高強(qiáng)度鋼不僅具有高的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，延展性強(qiáng)，沖壓成形能力高，還具有良好的塑性和韌性，用于作汽車鋼板可減輕車重，降低油耗，對能量吸收的能力很強(qiáng)，能夠很好的抵御撞擊時(shí)的塑性變形，顯著提高了汽車的安全等級。本文重點(diǎn)研究的是新型Qamp。P工藝對先進(jìn)高強(qiáng)度鋼（TRIP800鋼)組織性能的影響，目的是確定TRIP800的Qamp。P工藝中的相關(guān)工藝參數(shù)：最高加熱溫度、保溫時(shí)間、淬火溫度、C的再分配溫度制定更為合理的工藝。 研究內(nèi)容1. 研究配分時(shí)間對QP處理的TRIP800鋼的力學(xué)性能的影響；2. 對比Qamp。P工藝與傳統(tǒng)Qamp。T工藝處理的TRIP800鋼的力學(xué)性能；3. 對不同熱處理參數(shù)QP、QT處理的TRIP800鋼進(jìn)行金相的觀察和分析。2 實(shí)驗(yàn)材料、方法及設(shè)備 實(shí)驗(yàn)材料 TRIP鋼的化學(xué)成分實(shí)驗(yàn)材料為國內(nèi)生產(chǎn)的高硅800級TRIP高強(qiáng)度汽車用冷軋TRIP鋼鋼板，該鋼經(jīng)高頻感應(yīng)爐冶煉。 TRIP800鋼的化學(xué)成分元素含量wt% C S P Mn Si Al V Cr實(shí)測值 技術(shù)指標(biāo) ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ TRIP800鋼的母材組織將試樣用金相砂紙逐步進(jìn)行研磨，然后在機(jī)械拋光機(jī)上采用金剛石研磨膏進(jìn)行拋光，拋光后的試樣使用4%硝酸酒精溶液進(jìn)行腐蝕。然后用NikonEPIPHOT300金相顯微鏡（圖28）進(jìn)行顯微組織的觀察并拍照。圖21 TRIP800母材金相圖21中大塊的灰白色的為等軸型鐵素體基體，白色的小島狀的為殘余奧氏體，主要分布于鐵素體的晶界處，也有少量分布于鐵素體晶粒內(nèi)部。黑色的是貝氏體鐵素體，也主要分布于鐵素體晶界處，與殘余奧氏體相鄰。 實(shí)驗(yàn)方法 Qamp。P熱處理工藝（1）實(shí)驗(yàn)方法 淬火溫度分別取240℃、270℃、300℃，配合鹽浴爐、