热处理对低碳钢渗碳后组织与扭转强度的影响

　　对于轴类零部件常采用中碳钢或中碳合金钢调质处理来获得好的力学性能以满足使用性能要求，但对于表面要求耐磨而心部要求有良好强韧性的零部件则采用低碳或低碳合金钢进行渗碳淬火+低温回火处理，如装载机、机床中的轴齿轮等，这些零部件在工作时承受扭转载荷， 常因扭转强度不足而导致失效[1-3]。为此，本研究旨在通过热处理和深冷处理来提高低碳或低碳合金钢的硬度、韧性、耐磨性而最终达到提高钢的扭转强度，继而达到提高轴类零部件使用寿命的目的。

　　1 实验材料及方法

　　本实验材质为低碳钢，其化学成分见表1，扭转试样依GB/T10128-1988制成准10mm试样，标距50mm。实验在滴注式气体渗碳炉RQ3-25-9中进行，渗碳温度925℃，渗碳时间3h，随炉冷却至860℃后空冷。为确定最佳热处理工艺，将空冷后的试样在箱式电阻炉SXZ-4-10中进行4因素3水平的正交实验，其中淬火温度为870、890和910℃，回火温度为220、200和180℃，回火保温时间为1、2和3h，深冷处理时间为10、15和20h。将热处理后的试样采用HR150-A型洛氏硬度计进行硬度测定，利用NJ-50型扭转实验机进行扭转强度的测试，利用MM6型卧式金相显微镜下观察试样显微组织。

　　2 实验结果及分析

　　将不同工艺处理后的扭转试样做扭转强度实验，其结果及分析见表2，表中T1-T3为各因素不同水平下的抗扭强度之和;m1-m3为各因素不同水平下的抗扭强度之和的平均值;R(极差)为各因素不同水平下的抗扭强度平均值的最大值与最小值之差。

　　从表2可看出，对试样的扭转强度而言，各因素的影响主次顺序为D>A>B>C，即深冷处理时间的影响最大，淬火温度次之，回火温度的影响较小，而回火保温时间的影响最小。从而确定最佳热处理工艺为A1B3C2D3组合，即：淬火温度870℃，回火温度180℃，回火保温时间2h，深冷处理时间20h，在这个工艺条件下获得的热处理工艺具有较高的扭转强度。根据表2的数值，可以得到淬火温度回火温度和回火保温时间、深冷处理时间对钢扭转强度的影响规律，如图1所示。

　　从图1(a)中可以看出，随淬火温度的升高扭转强度逐渐减小。这是因为870℃淬火后试件心部的板条马氏体有较好的韧性和塑性，由于试件心部的含碳量较低，间隙碳原子使马氏体产生固溶强化作用，且此时原始奥氏体晶粒细小，马氏体领域和马氏体束越小，其塑性和韧性也越好[4]。870℃淬火后，由于渗层含碳量较高，组织中为针状马氏体和碳化物，此时有固溶强化和第二相强化;另外，加热温度低，奥氏体晶粒小使其强度和韧性均得到提高，随之扭转强度提高。随淬火温度的升高，扭转强度呈下降趋势，而在从890℃到910℃时，扭转强度下降较大。这是因为在此温度下，碳化物虽能较快地溶于马氏体中，但随淬火温度的升高，淬火保温温度过高，则奥氏体晶粒粗大，淬火后心部得到粗大的板条马氏体，降低了钢的心部韧性。而渗层中奥氏体的粗大也使针状马氏体粗大，淬火组织中的高硬度渗碳体消失会导致渗层的硬度不足，因此扭转强度下降[5]。