60Si2Mn钢表面贝氏体化热处理工艺研究

武建成 祁学潮 封志娟 胡建民

摘 要：本文采用硬度试验、冲击试验和显微组织分析的方法研究了60Si2Mn钢表面贝氏体化热处理工艺。研究结果表明：证明了设计的60Si2Mn钢表面贝氏体化热处理工艺正确合理；采用盐浴等温淬火方式，60Si2Mn钢表面获得理想的贝氏体组织，可以大幅度减小变形，提高综合力学性能，有利于提高构件的使用寿命。

关键词：60Si2Mn钢 等温淬火 热处理

中图分类号：TG142.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2018）01（a）-0096-02

渗碳、氮碳共渗是以获得表面马氏体而增加耐磨性的热处理，为了满足钢铁零件使用时强度、耐磨性，外观、尺寸精度、表面粗糙度等综合要求，可通过对零件进行复合表面热处理[1]，降低制造成本，获得优异的综合力学性能。

60Si2Mn钢是应用广泛的硅锰弹簧钢，强度、弹性和淬透性较好，也被用于风铲、冲击钻探工具、小型冷作模具等[2]。本文尝试通过等温淬火的方式使60Si2Mn钢表面获得贝氏体组织，心部仍为原始组织（珠光体+铁素体），为60Si2Mn钢表面贝氏体化热处理工艺研究提供一定的数据参考。

1 试验材料与方法

试验中所使用原料为60Si2Mn钢棒，其化学成分为（质量分数，%）：0.6 C，1.82 Si，0.8 Mn，0.015 P，0.010 S，0.15 Gr，0.35 Ni，其余为Fe。将锻造的棒材机加工成规格为φ8mm×10mm圆柱试样。经机械打磨除去试样表面氧化物和油污后，用高频电磁感应线圈将试样进行加热到900℃，快速转移到盐浴中冷却（盐浴温度300℃），保温约30min进行贝氏体转变，最后将试样放入水中冷却。试样经研磨、抛光后，用显微硬度仪测量试样从中心到表面的显微硬度，再用硝酸酒精腐蚀试样，使用光学显微镜和扫描电镜（FEI-S50）观察侵蚀后试样的微观组织形貌。

2 试验结果与分析

2.1 60Si2Mn钢表面贝氏体化工艺原理分析

贝氏体硬度接近马氏体，韧性优于马氏体，因此贝氏体钢也具有了优异的综合力学性能，钢中贝氏体是过冷奥氏体在珠光体转变和马氏体转变之间的中温区域的分解产物，故称中温转变，一般为铁素体和碳化物组成的两相混合物。贝氏体既有珠光体转变的某些特征，又有马氏体转变的某些特征，这给贝氏体带来复杂的相变性质和多样的组织形态。影响贝氏体组织形态除内在因素诸如钢的化学成分和母相组织以外，外在因素即热加工工艺是至关重要的因素[1]。

将60Si2Mn钢表面快速加热，使得表面奥氏体化，心部仍为原始组织。通过查阅文献[3-4]，从60Si2Mn钢的CCT曲线可以看出，只要在260℃～600℃温度范围内等温淬火从理论上完全可以获得60Si2Mn钢表面贝氏体组织。为了尽可能多地获得表面贝氏体组织，选取淬火温度为280℃～320℃，本次试验选取300℃。

2.2 表面显微硬度分析

试样热处理前后的硬度如表1所示。可以看出，热处理后圆柱试样从表面到心部硬度变化均匀，硬度从中心到表面逐步升高，外表面硬度均值在61HRC以上，明显高于热处理前试样表面硬度。通过冲击韧性试验测量，试样热处理后的冲击功为KV≥12.8J，而未经热处理的试样冲击功仅为KV=5.08J。可见，采用等温淬火后使60Si2Mn钢的硬度和韧性均有所提高。

2.3 60Si2Mn钢表面贝氏体化显微组织分析

60Si2Mn钢经过表面贝氏體化后，其显微组织如图1所示。可以看到组织中除了含有羽毛状的上贝氏体和针状的下贝氏体、奥氏体，还有一些夹杂的碳化物。利用显微硬度仪对试样表面选取5个点分别测得显微硬度，然后求得平均值约为729.2HV转换成约为61HRC。

3 结论

（1）设计了60Si2Mn钢复合热处理工艺，通过硬度试验、冲击试验和显微组织的分析，证明设计出复合工艺正确合理。

（2）经过等温淬火，60Si2Mn钢表面获得贝氏体组织，可以减小构件变形，提高构件表面强度，塑性和韧性也有所提高，有利于提高使用寿命。

参考文献

[1] 席光兰.钢中贝氏体组织控制工艺研究[D].兰州理工大学，2006.

[2] 王桂棠，林金萱.60Si2Mn钢汽车板簧热处理工艺优化研究[J].热加工艺，2005（7）：34-36.

[3] 潘金芝，任瑞铭，郭立波，等.淬火对60Si2Mn组织及力学性能的影响[J].热加工工艺，2010，39（22）：146-148.

[4] 耿志江，岳新生，任向阳，等.60Si2Mn弹簧钢热处理工艺综述[J].新技术新工艺，2003（1）：30-31.