【正文】 270℃ 30min 100 300℃ 30min 500 270℃ 30min 500圖33 在不同溫度相同時間保溫后的組織在不同溫度下等溫不同時間得到的組織明顯不同，在保溫30min下，300℃下保溫比270℃保溫時析出的碳化物多，但組織均勻程度較270℃低。因此，要對不同溫度下保溫不同時間的組織進行比較。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。 (a) (b) (c) (d)圖32 60Si2Mn正火組織，（a）100 (b) 200 (c) 500 (d) 500 正火處理時還要考慮工件的截面大小和C曲線的位置。 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。 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。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)。 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。而且還必須達到三個條件：能量起伏、結(jié)構(gòu)起伏和濃度起伏。 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)下的顯微組織進行觀察分析。每個狀態(tài)各自打3個點，然后測出硬度后取平均值。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。已經(jīng)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。 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的砂紙從粗到細進行磨樣，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進行拋光，直到表面的微小劃痕消失為止。然后對其的金相組織和硬度等性能進行測試。正火可以細化晶粒，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備。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(zhuǎn)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(zhuǎn)變中發(fā)揮很好的作用。對碳素鋼而言，根據(jù)含碳量和鐵碳相圖確定。 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(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的一種工藝。 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。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。這就導(dǎo)致了珠光體的不斷長大。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。 珠光體轉(zhuǎn)變也分為形核和長大兩個過程。 珠光體轉(zhuǎn)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(zhuǎn)變中同時完成了原子擴散和點陣重構(gòu)兩個過程。 對于含碳量相同即滲碳體量相同的鋼，球化體強度和硬度要比珠光體組織的低，但塑性較好，斷裂強度和疲勞抗力都較高，韌脆轉(zhuǎn)化溫度也較低。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]。奧氏體化的溫度、轉(zhuǎn)變前奧氏體的晶粒大小，只影響珠光體團的大小，對片層間距則無影響。不同片層間距的珠光體，通常還有不同的名稱[17]。（2）片層間距的倒數(shù)與過冷度呈線性關(guān)系。珠光體團和珠光體領(lǐng)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。 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，將得到珠光體組織[15]。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。耐磨性是材料抵抗磨損的性能，這是一個系統(tǒng)的性質(zhì)。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(fù)雜的系統(tǒng)過程。 金屬磨損機件表面相接觸并作相對運動時，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。冷變形使氫脆敏感性增大。因此，對在含氫介質(zhì)中服役的高強度鋼的強度應(yīng)有所限制。（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。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)法切斷氫進入金屬中的途徑，或者控制這條途徑上的某個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，延緩在這個環(huán)節(jié)上的反應(yīng)速度，使氫不進入或少進入金屬中。鋼的表面單純吸附氫原子是不會產(chǎn)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。 鋼的氫致延滯斷裂機理，高碳鋼對氫致延滯斷裂非常敏感。（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(zhì)中吸收的），在低于屈服強度的應(yīng)力持續(xù)下，經(jīng)過一段孕育期后，在金屬內(nèi)部，特別是在三向拉應(yīng)力區(qū)形成裂紋，裂紋逐步擴展，最后突然發(fā)生脆性斷裂。氫化物的形狀與分布對金屬的變脆有明顯的影響。（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。此時，氫的體積發(fā)生急劇膨脹，內(nèi)壓力很大足以將金屬局部撕裂，而形成微裂紋。（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。氫脆斷裂的宏觀斷口形貌呈氧化色，顆粒狀[13]。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。由于氫在金屬中存在的狀態(tài)不同以及氫與金屬交互作用性質(zhì)的不同，氫可通過不同的機制使金屬脆化，因而氫脆的種類很多。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(zhì)中吸收的氫。由于氫和應(yīng)力共同作用而導(dǎo)致金屬材料產(chǎn)生脆性斷裂的現(xiàn)象，稱為清脆斷裂。（4）采用電化學(xué)保護 由于金屬在化學(xué)介質(zhì)中只有在一定的電極電位范圍內(nèi)才會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象，因此，采用外加電位的方法，使金屬在化學(xué)介質(zhì)中的電位遠離應(yīng)力腐蝕敏感電位區(qū)域，也是防止應(yīng)力腐蝕的一種措施，一般采用陰極保護法。如果能采用噴丸或其他表面處理方法，使機件表層中產(chǎn)生一定的殘余壓應(yīng)力，則更為有效[12]。因此，應(yīng)盡量減少機件上的應(yīng)力集中效應(yīng)，加熱和冷卻要均勻。例如，銅對氨的應(yīng)力腐蝕敏感性很高，因此，接觸氨的機件就應(yīng)避免使用銅合金。此外，尚可采取電化學(xué)方法保護。其表面可見到“泥狀花樣”的腐蝕產(chǎn)物及腐蝕坑。根據(jù)這一特征可以將應(yīng)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。應(yīng)力腐蝕顯微裂紋常有分叉現(xiàn)象，呈枯樹枝狀。在亞穩(wěn)擴展區(qū)可見到腐蝕產(chǎn)物和氧化現(xiàn)象，故常呈黑色或灰黑色，具有脆性特征。應(yīng)力腐蝕的機理：應(yīng)力腐蝕最基本的機理是滑移溶解理論（或稱鈍化膜破壞理論）和氫脆理論。應(yīng)力腐蝕斷裂并不是金屬在應(yīng)力作用下的機械性破壞與在化學(xué)介質(zhì)作用下的腐蝕性能破壞的疊加所造成的，而是在應(yīng)力和化學(xué)介質(zhì)的聯(lián)合作用下，按特有機制產(chǎn)生的斷裂[11]。因此，金屬材料的應(yīng)力腐蝕和氫脆腐蝕日益受到工程技術(shù)人員及材料科學(xué)工作者的重視。這些斷裂形式大多為低應(yīng)力脆斷，具有很大的危險性。缺口和裂紋因應(yīng)力集中增大對材料的損傷作用；組織缺陷（夾雜、疏松、白點、脫碳等）降低材料的局部強度[10]，三者都加快疲勞破壞的開始和發(fā)展。（2）疲勞是脆性斷裂，由于一般疲勞的應(yīng)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(yù)兆，它是在長期積累損傷過程中，經(jīng)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。斷裂壽命隨應(yīng)力不同而變化，應(yīng)力高壽命短，應(yīng)力低壽命長。特點：（1） 疲勞是低應(yīng)力循環(huán)延時斷裂，即具有壽命的斷裂。疲勞可以按照不同方法進行分類：按照應(yīng)力狀態(tài)不同，可分為彎曲疲勞、扭曲疲勞、拉壓疲勞及復(fù)合疲勞；按照環(huán)境和接觸情況不同，可分為大氣疲勞、腐蝕疲勞、高溫疲勞、熱疲勞、接觸疲勞等；按照斷裂壽命和應(yīng)力高低不同，可分為高周疲勞和低周疲勞，這是最基本的分類方法。疲勞力學(xué)性能極其影響因素等，以便為疲勞強度設(shè)計和選用材料、改進工藝提供基礎(chǔ)知識[9]。因此，工程技術(shù)界對其極為重視，從力學(xué)、設(shè)計、材料及工藝方面開展疲勞研究，尋求有效對策，至今已有百余年的歷史，取得了很大進展，成為材料強度科學(xué)領(lǐng)域中的一個重要組成。 金屬的疲勞工程上很多機件和構(gòu)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。(4) 溫度依賴性，變形溫度的升高導(dǎo)致流變應(yīng)力的降低，在相變點以下，下降較快；在相變點以上，下降較平緩。(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(yīng)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。(1) 在Ac3溫度下變形時，初期應(yīng)力上升很快，大約在5%～10%出現(xiàn)“應(yīng)力峰”，以后軟化現(xiàn)象較為嚴重[7]，隨著應(yīng)變的增加應(yīng)力急劇下降，下降的快慢與應(yīng)變速率和溫度相關(guān)：應(yīng)變速率越大，溫度越低（即與相變點溫差越大），則軟化越明顯。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。在320℃以下等溫轉(zhuǎn)變組織特點是，貝氏鐵素體呈板條束狀，大板條束由極細的片狀組成而大致平行，奧氏體呈薄膜狀分布于貝氏鐵素體片之間，兩相層片相間的均勻排列如下圖所示： 60Si2Mn鋼在不同等溫溫度所獲得奧氏體貝氏體混合組織的常規(guī)力學(xué)性能，具有高強度而且具有良好的韌性。雙面冷卻的扁平零件和空心圓柱體的壁厚不應(yīng)超過6mm；單面冷卻的零件壁厚不應(yīng)超過3mm。等溫淬火時對工件的最大厚度有一定限制，超過這一限制，其性能將達不到技術(shù)要求。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(shù)要求。等溫溫度允許的偏差為177。 等溫溫度與等溫時間等溫溫度應(yīng)根據(jù)鋼的機械性能要求來確定。馬氏體淬火法是將加熱好的工件置于溫度稍低于Ms點的淬火介質(zhì)中保持一定時間，使鋼發(fā)生部分的馬氏體轉(zhuǎn)變，然后取出空冷。 等溫處理 等溫淬火有兩種等溫淬火法，即