9SiCr钢的低温贝氏体组织与力学性能

摘要

本文对9SiCr钢进行低温等温处理，通过光学显微镜、透射电镜和X射线衍射仪对处理后的9SiCr钢进行了组织分析，并对其硬度和冲击韧性进行测定。结果表明，9SiCr钢经等温转变处理后，得到由板条状贝氏体铁素体和残留奥氏体组成的低温贝氏体组织，其硬度较高，且韧性较正常淬火和低温回火的高，其试样断裂方式为脆性断裂。

关键词 9SiCr钢；低温贝氏体；冲击韧性；硬度

中图分类号：TF089 文献标识码：A 文章编号：

1.引言

含碳量在0.75～0.98%的Fe-Si-Mn-Cr-Mo-V钢及其添加Co或Al的高硅高碳低合金钢的铸态组织经高温均匀化退火和奥氏体化后在稍高于MS点温度（125～200C）等温转变，可获得较高的硬度、强度以及韧性且具有纳米尺度（20～40nm）的条状相间无碳化物贝氏体铁素体和高碳残余奥氏体两相组织[1-4]。9SiCr钢是一种常用的冷作模具钢，为提高其使用寿命，有必要对其进行低温等温转变处理，以获得具有较高的综合力学性能。

本文对9SiCr钢进行低温等温处理，并对微观组织和力学性能进行了分析测定。

2．实验材料及方法

实验材料为9SiCr钢，其化学成分（质量分数）为0.85～0.95%C,1.20～1.60%Si,0.30～0.60%Mn，0.90～1.25%Cr。用Formastor-F 型膨胀仪测量试样的各临界点得Ac1为770℃，Accm为870℃，MS为170℃。将样品分别在SX-4-10型箱式电阻炉内进行870℃、910℃、950℃，保温15min后再进行200℃保温不同时间的等温处理。等温处理设备为盐浴炉, 盐浴剂为50％NaNO2+50％KNO3。将处理后的试样加工成尺寸为10 mm×10 mm×55 mmＵ型缺口的冲击试样。用HV-5型小负荷维式硬度计和ZBC-300B冲击试验机测试其硬度和冲击韧性。用光学显微镜和H-800型透射电子显微镜、Rigaku D/max-2500/PC型X射线衍射仪（CuK辐射）以及KYKY-2800型扫描电镜对试样显微组织、相组成及冲击断口进行分析。

3.结果与分析

3.1组织观察

(a)保温8h(b)保温 12h

图1910℃保温15min，200℃等温淬火金相照片

图1 为9SiCr钢等温处理后的金相组织。可以看出，黑色的为针状下贝氏体，灰色为残余奥氏体。随着等温淬火保温时间的延长，贝氏体铁素体针状组织数量越多，转变越完全。

图2910C保温15min，经200C等温处理8h后的9SiCr的XRD图

图3910C保温15min，经200C等温处理24h后的9SiCr的XRD图

对XRD图2和图3采用文献[5]中的方法计算了残留奥氏体含量，分别为26.9%和17.3%。可见，随着保温时间的延长，残余奥氏体的含量是不断减小的，进一步证实了保温时间越长，贝氏体转变越彻底。

(a) 870C保温15min，经200C等温淬火8h

(b) 910C保温15min，经200C等温处理8h

(c) 950C保温15min，经200C等温处理8h

图4为不同处理条件下试样的TEM图，可见，微观组织由板条状贝氏体铁素体和残余奥氏体两相组成。在等温淬火时间相同的条件下，奥氏体化温度越高，贝氏体铁素体板条厚度明显增厚。

3.2力学性能

表1为不同条件下试样的硬度和冲击功。可以出见，奥氏体化温度对试样的硬度和冲击功有影响。在本实验范围内，当奥氏体化温度为910℃时，试样的硬度较高（774HV），但冲击功较低（10.88J），远高于9SiCr钢经正常淬火加回火处理后可获得其冲击功（3.947J）。这说明9SiCr钢经低温等温处理后，在保证其较高的硬度的前提下，其抗冲击性也可大大提高，这主要是由于试样经不同条件低温等温处理后获得组织差异的缘故。

表1 试样力学性能（200℃保温8h）

由不同条件下试样的冲击断口形貌图5，可以看出，试样的断裂方式均为脆性断裂，且试样冲击功越大，其韧窝、撕裂棱塑性特征越明显。与表1结果相吻合。

4．结论

9SiCr钢经低温等温处理后，其组成相为板条状贝氏体铁素体和残余奥氏体。其硬度较高，且冲击功远高于经淬火+回火处理后的数值。

参考文献

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