·694· 工程科学学报，第38卷，第5期 700 一模拟计算值 700 600 一。实验测量值 600 950℃05h 500 500 Bs:414℃ 400 400 AB 300 300 阻 >50℃·4+ 350℃ Ms:221℃ 200 200 300℃ M 100 100 230℃ 空冷 (2h) 10 10 10 10 10 时间 图3实验成分热力学计算得到的TTT曲线 时向 Fig.3 TTT curve of the tested steel by thermodynamie calculations 图5热处理工艺示意图 约为194、313和1180s,孕育期较短.实验所得贝氏体 Fig.5 Heat treatment process 相变开始时间与软件模拟值有些许差异.350℃等温 贝氏体相变速率在400s左右达到最大值0.08μm· 3 微观组织和力学性能 s',约在2500s时相变速率为零，并保持不变，说明贝 氏体相变结束.300℃等温时相变速率在600s左右达 3.1微观组织 到最大值0.06μms,结束时间约为5000s.在230℃ 研究表明，低温贝氏体转变具有反应不完全 等温时，相变速率很小（最大值为0.01μm·s左右）， 性a,即在贝氏体相变区等温时，不论等温时间如何 并且在2h等温时间内相变仍未结束. 延长，过冷奥氏体都不能完全转变为贝氏体的现象：并 且在不同温度下所能获得的最大贝氏体量受到残余奥 膨胀量 50 230℃ 40 氏体中碳含量不能超过T:线的限制，其中T。指相同 3009 3501 成分的奥氏体和铁素体具有相同自由能的点的集合， 同时将这一点处的残余奥氏体中碳质量分数表示为 形胀速率 0 0.08 X:当碳含量达到这个点时，富碳残余奥氏体就不再 0.06 转变为贝氏体，随着等温温度降低，贝氏体最终转变量 增加网.因此，实验钢于350、300和230℃等温淬火 0.04 处理2h的组织为复相组织，金相照片如图6所示.其 0.02 中深色针状组织为贝氏体铁素体板条束，在束间分布 0 10 100 1000 100) 的白亮组织为残余奥氏体，可能还有少量马氏体.等 时间/s 温温度从350℃降低到300℃，白亮组织（残余奥氏 图4不同等温温度条件下膨胀量一时间曲线和相应的膨胀速 体/马氏体)的体积分数减少，与文献报道的结果一 率一时间曲线 致日.随着等温温度的继续降低，在230℃等温后，白 Fig.4 Dilatation-time curves and dilatation rate-time curves of the tested steel at different temperatures 亮组织并未继续减少，反而有增多的趋势。这是由于 低温等温相变完成时间大大延长，贝氏体转变的完成 热处理工艺如图5所示.将直径为12mm的圆棒 时间大于实验设定的2h.未转变完的过冷奥氏体在 试样放入950℃的热处理炉中进行奥氏体化并保温 降至室温时，发生马氏体转变.因此，本实验结果与已 0.5h,随后将试样取出并迅速投入到温度分别为230、 有的研究结论并不矛盾. 300和350℃盐浴炉中，进行等温热处理，等温时间为 显微组织的扫描电镜二次电子像如图7所示.贝 2h,后将试样取出空冷至室温. 氏体铁素体板条（凹下部分）呈片层状分布在组织 将圆棒试样加工成有效标距为25mm的棒状拉伸 中阿，并且贝氏体铁素体片层厚度随等温温度的降低 样，以1mm·min的恒定速度在MTS8l0拉伸试验机 而变薄.350℃和300℃温度下得到的贝氏体铁素体 上进行拉伸试验.在FEI Quanta450场发射扫描电镜 片层厚度分别主要在150~300nm和100~200nm的 下对试样进行组织观察，并利用电子背散射衍射、X射 范围之间，达到次微米级(100~1000nm):而在230℃ 线衍射等手段分析变形前后的组织变化及各相分布 下得到的贝氏体铁素体片层厚度基本全部小于 情况. 100nm,达到纳米级尺度(<100nm),即为纳米结构贝工程科学学报，第 38 卷，第 5 期 图 3 实验成分热力学计算得到的 TTT 曲线 Fig． 3 TTT curve of the tested steel by thermodynamic calculations 约为 194、313 和 1180 s，孕育期较短． 实验所得贝氏体 相变开始时间与软件模拟值有些许差异． 350 ℃ 等温 贝氏体相变速率在 400 s 左右达到最大值 0. 08 μm· s － 1，约在 2500 s 时相变速率为零，并保持不变，说明贝 氏体相变结束． 300 ℃等温时相变速率在 600 s 左右达 到最大值 0. 06 μm·s － 1，结束时间约为 5000 s． 在230 ℃ 等温时，相变速率很小( 最大值为 0. 01 μm·s － 1左右) ， 并且在 2 h 等温时间内相变仍未结束． 图 4 不同等温温度条件下膨胀量--时间曲线和相应的膨胀速 率--时间曲线 Fig． 4 Dilatation--time curves and dilatation rate--time curves of the tested steel at different temperatures 热处理工艺如图 5 所示． 将直径为 12 mm 的圆棒 试样放入 950 ℃ 的热处理炉中进行奥氏体化并保温 0. 5 h，随后将试样取出并迅速投入到温度分别为 230、 300 和 350 ℃盐浴炉中，进行等温热处理，等温时间为 2 h，后将试样取出空冷至室温． 将圆棒试样加工成有效标距为 25 mm 的棒状拉伸 样，以 1 mm·min － 1的恒定速度在 MTS810 拉伸试验机 上进行拉伸试验． 在 FEI Quanta 450 场发射扫描电镜 下对试样进行组织观察，并利用电子背散射衍射、X 射 线衍射等手段分析变形前后的组织变化及各相分布 情况． 图 5 热处理工艺示意图 Fig． 5 Heat treatment process 3 微观组织和力学性能 3. 1 微观组织 研 究 表 明，低 温 贝 氏 体 转 变 具 有 反 应 不 完 全 性［16］，即在贝氏体相变区等温时，不论等温时间如何 延长，过冷奥氏体都不能完全转变为贝氏体的现象; 并 且在不同温度下所能获得的最大贝氏体量受到残余奥 氏体中碳含量不能超过 T' 0 线的限制，其中 T' 0 指相同 成分的奥氏体和铁素体具有相同自由能的点的集合， 同时将这一点处的残余奥氏体中碳质量分数表示为 XT'0 ． 当碳含量达到这个点时，富碳残余奥氏体就不再 转变为贝氏体，随着等温温度降低，贝氏体最终转变量 增加［18］． 因此，实验钢于 350、300 和 230 ℃ 等温淬火 处理 2 h 的组织为复相组织，金相照片如图 6 所示． 其 中深色针状组织为贝氏体铁素体板条束，在束间分布 的白亮组织为残余奥氏体，可能还有少量马氏体． 等 温温度从 350 ℃ 降低到 300 ℃，白亮组织( 残余奥氏 体/马氏体) 的体积分数减少，与文献报道的结果一 致［5］． 随着等温温度的继续降低，在 230 ℃ 等温后，白 亮组织并未继续减少，反而有增多的趋势． 这是由于 低温等温相变完成时间大大延长，贝氏体转变的完成 时间大于实验设定的 2 h． 未转变完的过冷奥氏体在 降至室温时，发生马氏体转变． 因此，本实验结果与已 有的研究结论并不矛盾． 显微组织的扫描电镜二次电子像如图 7 所示． 贝 氏体铁素体 板 条( 凹 下 部 分) 呈 片 层 状 分 布 在 组 织 中［19］，并且贝氏体铁素体片层厚度随等温温度的降低 而变薄． 350 ℃和 300 ℃ 温度下得到的贝氏体铁素体 片层厚度分别主要在 150 ～ 300 nm 和 100 ～ 200 nm 的 范围之间，达到次微米级( 100 ～ 1000 nm) ; 而在 230 ℃ 下得 到 的 贝 氏 体 铁 素 体 片 层 厚 度 基 本 全 部 小 于 100 nm，达到纳米级尺度( ＜ 100 nm) ，即为纳米结构贝 · 496 ·