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GCr15鋼B下-M復(fù)相組織中下貝氏體的顯微組織分析

GCr15鋼經(jīng)過復(fù)相熱處理后,獲得馬氏體基體上有適量的先轉(zhuǎn)變下貝氏體的兩相混合組織,在強(qiáng)度、塑性和韌性上均有提高。該處理工藝有望在一些承受連續(xù)沖擊和擠壓載荷,以疲勞剝落失效為主的工件得到較為有效的應(yīng)用。初步應(yīng)用試驗(yàn)表明,用該工藝處理的承受連續(xù)沖擊及擠壓載荷的工件,其使用壽命可提高23[1]。本工作利用光學(xué)顯微鏡及透射電鏡,通過對顯微組織、二次碳膜復(fù)型及金屬薄膜的觀察,分析了BM復(fù)相組織中下貝氏體的轉(zhuǎn)變過程及特征。

2  試驗(yàn)方法

2.1  樣品的熱處理

試驗(yàn)材料選用GCr15軸承鋼,原材料為細(xì)片狀珠光體組織,經(jīng)球化退火后進(jìn)行850℃×12min奧氏體化,隨后在240℃等溫180min,最后進(jìn)行160℃×90min回火。在240℃等溫180min的樣品得到了全部下貝氏體組織,其余樣品中剩余的過冷奧氏體在隨后的冷卻過程中轉(zhuǎn)變成馬氏體。

2.2  電鏡觀察樣品的制備

熱處理后的樣品磨制成金相試樣,觀測顯微組織及制備二次碳膜復(fù)型。同時,對樣品進(jìn)行超薄切片,用雙噴法制備金屬薄膜。

3  試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1  GCr15鋼下貝氏體轉(zhuǎn)變的顯微組織分析

GCr15鋼在850?12min奧氏體化后經(jīng)240℃等溫不同時間再在油中冷卻,可得到不同比例的下貝氏體和馬氏體(BM)的復(fù)相組織,其中還有少量的殘余奧氏體和未溶碳化物。隨等溫時間的延長下貝氏體量不斷增多,等溫15min時下貝氏體量約20%(1a),主要呈孤立的針狀分布;等溫時間延長至30min,下貝氏體量已增多至35%40%(1b),且開始出現(xiàn)草叢狀分布。繼續(xù)增加等溫時間,下貝氏體量更多,草叢狀下貝氏體更密集,等溫至60min,草叢狀下貝氏體就難以分辨(1c)

3.2  GCr15鋼下貝氏體轉(zhuǎn)變的碳膜二次復(fù)型分析

等溫不同時間試樣的碳膜復(fù)型組織見圖2。圖2a是等溫5min,由圖可見下貝氏體生長初期是呈孤立的針狀,針的大小明顯差別,其中有一部分針表現(xiàn)為平行束,絕大多數(shù)下貝氏體針是以交叉形式存在的。隨著等溫時間的延長,過冷奧氏體內(nèi)部形核增多,新的下貝氏體不斷形成,從而阻止早期形成的下貝氏體針沿長軸方向長大,導(dǎo)致了下貝氏體針的加寬,呈粗針狀(2b)。在等溫30min后,各貝氏體針之間有碳化物析出。等溫60min時貝氏體中的鐵素體連成片而奧氏體部分析出碳化物(2c)

 

(a)15min                           (b)30min                        (c)60min

1  等溫時間對BM復(fù)相組織的影響  400×

 

 (a)5min  2500×                 (b)30min  6300×                   (c)60min   6300×

2  碳膜二次復(fù)型電鏡像

 

 (a)5min                       (b)30min                            (c)60min

3  BM復(fù)相組織的TEM形貌  25000×

3.3  下貝氏體的轉(zhuǎn)變特征

3aGCr15鋼在240?等溫5minTEM的復(fù)相組織,其主要是由下貝氏體和馬氏體所組成。下貝氏體的形貌類似于板條馬氏體,但復(fù)相組織的馬氏體束比較小,在貝氏體中的鐵素體片中已有碳化物析出,所析出的碳化物細(xì)小,呈條狀在鐵素體基體內(nèi)沿一定方向析出。

3a及圖3b(等溫30min)表明,短時間等溫的鐵素體片較窄,析出的碳化物較細(xì)小,分布較均勻;長時間等溫的鐵素體片加寬,析出的碳化物條粗化,分布仍均勻;兩者比較可說明鐵素體片的長大受碳的擴(kuò)散和鐵素體內(nèi)析出碳化物的程度所控制。等溫60min后下貝氏體量增多,碳化物更加粗化(3c)

4  結(jié)論

(1)BM復(fù)相組織中,隨等溫時間的延長,下貝氏體量不斷增加,其形態(tài)也由最初的孤島狀下貝氏體針變?yōu)椴輩矤睿詈舐?lián)成一片。

(2)在下貝氏體的轉(zhuǎn)變過程中,隨等溫時間的延長,下貝氏體量不斷增加,剩余奧氏體的含碳量隨之增加,直到析出碳化物。

(3)隨等溫時間的延長,下貝氏體中鐵素體板條加寬,所析出的碳化物也變得粗大。


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