刘伟等：温度对40C钢温挤压成形的摩擦-磨损性能影响 ·263· 14000a 12000 10000 8000 Mn 6000 4000 Cr 2000HC SiP Fe Cr 00 3456 能量keV 图5挤压温度为650℃时磨痕面扫描分析.(a)面扫描结果：(b)Fe含量：(c)Cr含量：(d)C含量：(e)Mn含量：(f)Si含量：(g)O 含量 Fig.5 Plane scan analysis of worn scars at the extrusion temperature of 650 C:(a)result of plane scans;(b)Fe content;(c)Cr content;(d)C content;(e)Mn content;(f)Si content;(g)0 content 繁，空位原子扩散和位错进行滑移、迁徙的驱动力增 Cu-Ka辐射，石墨弯晶单色器，扫描速度为2.00°· 大，位错与畸变密度降低，造成变形抗力下降.如图7mi,衍射晶面法线与试样表面法线夹角()为0°、 (a)所示，在550℃时，温挤压试样晶粒细小，尺寸均 25°35°、45°，奥氏体的20扫描起始与终止角130° 匀，存在残留奥氏体和片状珠光体.当温度升至650 123°，20扫描步距0.10°·s1,计数时间1.00s,X光管 ℃时，形成较大的晶粒.但因其温度较低，晶粒成长较 高压27.0kV,X光管电流7.0mA.图8为不同温度下 慢，导致晶粒尺寸不均匀，如图7(b)所示，其主要组织 试样表面残留奥氏体分析结果.随着温度的升高，试 为粒状贝氏体和针状马氏体.在750℃时，晶粒长大， 样表面残留奥氏体体积分数呈下降趋势.这是由于 晶粒尺寸较为均匀，平均尺寸较大，挤压温度增加造成 550℃时奥氏体晶粒较小，受较大变形量的影响，不利 的软化过程明显，抗力减小，如图7(c)所示. 于产生相变，残留奥氏体体积分数最高，为5.3%，如 在材料中硬度与晶粒尺寸关系符合Hall-Perch公 图8(a)所示.在磨损载荷的高应力作用下，诱发奥氏 式，硬度为 体向马氏体转化，产生硬化现象]】，可以改善耐磨性 能，验证了图1(a)中的摩擦因数降低.而当温度为 HV=H。+Kd立. (1) 650℃和750℃时，由于晶粒较大，晶界角度较大，发生 式中：d为晶粒直径；H。、K分别为常数. 了产生相变条件，此时残留奥氏体体积分数有所降低， 由式(1)可知，对于多晶体材料，材料硬度随着晶 分别为3.5%（图8(b))和2.5%（图8(c)) 粒尺寸减小而增加.在挤压温度为550℃时，晶粒细 2.4.3磨损后X射线衍射分析 小，硬度最高，其磨损性能为最佳 图9为磨损后磨痕处X射线衍射图谱，在室温 2.4.2残余奥氏体 条件下基本没有氧化物，磨损表面主要是由Fe和 残余奥氏体在X350-A应力测试仪上进行测试， Fe-Cr相组成，相较于未进行温挤压处理试样的表面刘 伟等: 温度对 40Cr 钢温挤压成形的摩擦鄄鄄磨损性能影响 图 5 挤压温度为 650 益时磨痕面扫描分析. (a) 面扫描结果; (b) Fe 含量; (c) Cr 含量; (d) C 含量; (e) Mn 含量; (f) Si 含量; (g) O 含量 Fig. 5 Plane scan analysis of worn scars at the extrusion temperature of 650 益 : (a) result of plane scans; (b) Fe content; (c) Cr content; (d) C content; (e) Mn content; (f) Si content; (g) O content 繁,空位原子扩散和位错进行滑移、迁徙的驱动力增 大,位错与畸变密度降低,造成变形抗力下降. 如图 7 (a)所示,在 550 益 时,温挤压试样晶粒细小,尺寸均 匀,存在残留奥氏体和片状珠光体. 当温度升至 650 益时,形成较大的晶粒. 但因其温度较低,晶粒成长较 慢,导致晶粒尺寸不均匀,如图 7(b)所示,其主要组织 为粒状贝氏体和针状马氏体. 在 750 益 时,晶粒长大, 晶粒尺寸较为均匀,平均尺寸较大,挤压温度增加造成 的软化过程明显,抗力减小,如图 7(c)所示. 在材料中硬度与晶粒尺寸关系符合 Hall鄄鄄Perch 公 式[17] ,硬度为 HV = H0 + Kd - 1 2 . (1) 式中:d 为晶粒直径;H0 、K 分别为常数. 由式(1)可知,对于多晶体材料,材料硬度随着晶 粒尺寸减小而增加. 在挤压温度为 550 益 时,晶粒细 小,硬度最高,其磨损性能为最佳. 2郾 4郾 2 残余奥氏体 残余奥氏体在 X350鄄鄄 A 应力测试仪上进行测试, Cu鄄鄄K琢 辐射,石墨弯晶单色器,扫描速度为 2郾 00毅· min - 1 ,衍射晶面法线与试样表面法线夹角(追)为 0毅、 25毅、35毅、45毅,奥氏体的 2兹 扫描起始与终止角130毅 ~ 123毅,2兹 扫描步距 0郾 10毅·s - 1 ,计数时间 1郾 00 s,X 光管 高压 27郾 0 kV,X 光管电流 7郾 0 mA. 图 8 为不同温度下 试样表面残留奥氏体分析结果. 随着温度的升高,试 样表面残留奥氏体体积分数呈下降趋势. 这是由于 550 益 时奥氏体晶粒较小,受较大变形量的影响,不利 于产生相变,残留奥氏体体积分数最高,为 5郾 3% ,如 图 8(a)所示. 在磨损载荷的高应力作用下,诱发奥氏 体向马氏体转化,产生硬化现象[18] ,可以改善耐磨性 能,验证了图 1 ( a) 中的摩擦因数降低. 而当温度为 650 益和 750 益时,由于晶粒较大,晶界角度较大,发生 了产生相变条件,此时残留奥氏体体积分数有所降低, 分别为 3郾 5% (图 8(b))和 2郾 5% (图 8(c)). 2郾 4郾 3 磨损后 X 射线衍射分析 图 9 为磨损后磨痕处 X 射线衍射图谱,在室温 条件下基本没有氧化物,磨损表面主要是由 Fe 和 Fe鄄鄄Cr 相组成,相较于未进行温挤压处理试样的表面 ·263·