T8钢淬火及回火组织转变的研究

王雅静

（吕梁学院化学化工系， 山西 吕梁 033000）

试（实）验研究

T8钢淬火及回火组织转变的研究

王雅静

（吕梁学院化学化工系， 山西 吕梁 033000）

通过制定相应的淬火及回火工艺，研究了T8钢在不同温度淬火回火后的组织转变过程。应用金相显微镜和扫描电子显微镜对热处理后的组织进行观察，并且应用洛氏硬度计对试样的宏观硬度进行测量。经过试验可知：T8钢最佳淬火温度为850℃，温度过高和过低都是不可取的；随着回火温度的升高，T8钢回火组织依次以回火马氏体、回火托氏体和回火索氏体进行演变；试样在回火后的硬度先升高后下降，在200℃回火时的硬度达到最大值，这是由于马氏体中碳原子的偏聚以及大量弥散的ε-碳化物析出造成的。

淬火 回火 马氏体

工业上T8钢已经具备了一套成熟的热处理工艺，但是关于T8钢在不同温度淬火和回火工艺下组织转变的研究鲜有报道。本文研究了T8钢淬火和回火组织转变过程，为工业应用提供相应的理论依据。

1 试验材料和试验方法

本次实验所用到的T8钢是某厂冶炼加工的棒材，其化学成分如表1所示。应用钼丝切割机将钢材切割成长35mm直径为12mm的试验样品若干，然后将其进行编号。为防止T8钢的淬火开裂，本试验在淬火之前对样品进行一次球化退火处理（加热到780℃保温1 h后缓冷到660℃保温2 h，炉冷），各试样对应的热处理工艺如表2所示。为了研究T8钢在不同温度下的回火组织，将T8钢先进行850℃加热淬火，然后再进行不同温度下的回火，具体回火工艺见表3。应用光学显微镜和扫描电子显微镜对球化退火和淬火及回火后的组织进行观察，并且应用洛氏硬度计对样品硬度进行测量。

2 试验结果与讨论

2.1 球化退火组织观察

由图1可知，原始T8钢中的珠光体组织中渗碳

表1 T8钢的化学成分表 %

表2 试样对应的热处理工艺

表3 试样对应的回火工艺

图1 T8钢原始组织及球化退火后的SEM组织示意图

体颗粒粗大形态各异且分布不均匀，在进行了等温球化退火后T8钢金相显微组织中的碳化物颗粒细小且自发趋于球形分布，均匀的退火组织可以使材料硬度降低、切削性得到改善。原始的T8钢组织中碳化物存在尖端，尖端是应力集中点，它的存在会使得钢在服役期脆性增大，产生裂纹和断裂现象。球化退火工艺就是为改善碳化物的形貌及分布，均匀组织、降低脆性。

2.2 淬火组织观察

图2是T8钢在700℃、750℃、800℃下淬火后得到的SEM组织图。

图2 T8钢淬火后的SEM显微组织

由图2-1、2-2可知，T8钢在700℃、750℃加热淬火时组织中还是仅有粒状珠光体P（F+Fe3C），没有马氏体的出现，这是由于加热温度未达到T8钢的临界转变温度tAC1以上，加热温度尚未进入奥氏体相区，所以没有进行奥氏体的形成，也没有之后的马氏体相变过程，经测得的两个样品的硬度基本上与退火后的硬度差别不大。

在800℃加热淬火后组织为未溶渗碳体+残余奥氏体+马氏体，硬度（HRC）增长到66，意味着生成了马氏体组织，但此时马氏体组织不具备传统马氏体组织的形貌特征，这是由于淬火温度较低，奥氏体晶粒细小，形成的马氏体组织细小，并且此时基体尚存在大量未溶碳化物，碳化物的密集分布使得马氏体针状特征没有显现出来，该组织称为隐晶马氏体。

图3所示为T8钢于850℃、900℃、950℃、1 000℃加热淬火后的组织图片。图3-1为850℃中组织为马氏体M+大量未溶渗碳体Fe3C+残余奥氏体Ar，图3-2为900℃中组织为马氏体M+少量未溶渗碳体Fe3C+残余奥氏体Ar，图3-3为950℃中组织为马氏体+极少量渗碳体Fe3C+残余奥氏体Ar，图3-4为1 000℃中组织为马氏体M+残余奥氏体Ar。表4为利用洛氏硬度计测量的各个试样的硬度值，由图3和表4可知：随着淬火温度的升高，原始奥氏体晶粒长大，淬火后马氏体针粗大，未溶渗碳体在大于850℃加热淬火时大量溶解，在850℃淬火硬度（HRC）为66.4，当淬火温度高于850℃硬度呈下降趋势，淬火硬度平均值为63.3左右。

图3 T8钢淬火后的显微组织图

表4 各试样的硬度HRC数据

2.3 回火组织观察

下页图4是T8钢于低温回火后的组织示意图，低温回火后的组织特点和淬火后的组织相似，淬火后的马氏体仍保持针状，但此时碳原子会发生偏聚，并且析出与母相保持共格关系的ε-碳化物，这种组织称为回火马氏体，此外基体中还有少量残余奥氏体和未溶解弥散细小的碳化物。随回火温度的升高，马氏体不断分解，碳在马氏体中的含量不断降低。

下页图5为T8钢在中温回火后得到的组织示意图，图5-1和图5-2中300℃回火后是回火托氏体，是由已发生回复的铁素体基体与极为细小的碳化物构成的整合组织，铁素体尚未完成再结晶，部分残余奥氏体转变为回火马氏体。图5-3和图5-4中400℃回火得到的仍是回火托氏体，因为碳素钢的淬火马氏体在回火时马氏体条片状特征往往难以消除，即α相的再结晶极为困难，碳化物也难以聚集粗化，颗粒极为细小[1]，这种组织称为回火托氏体。

图5 T8钢在中温回火后得到的组织示意图

图6 T8钢在高温回火后的组织示意图

图6为T8钢于高温回火后得到的组织示意图。图6-1中500℃回火后仍是回火托氏体，α相再结晶困难，淬火马氏体片条形貌特点没有消失，故称为回火托氏体。图6-2中看出经过600℃高温回火后得到回火索氏体，是铁素体和渗碳体的整合组织，是由铁素体基体上弥散地分布着较大颗粒状的θ-碳化物或特殊碳化物，铁素体已经发生再结晶，变成等轴状晶粒，原来的条片状马氏体形态已完全消失[1]。

不同回火温度下的硬度如表5所示。在200℃之前随着回火温度的升高硬度随之增大，但在200℃之后随着回火温度的升高硬度随之下降。随着回火温度的升高，马氏体会按顺序逐渐析出ε-碳化物—x-碳化物—θ-碳化物，上述三种碳化物的界面关系依次是：共格、半共格、非共格关系。其中非共格关系的应变能是最低的，因此硬度会受影响而降低[2]。而且随着碳化物的析出，马氏体含碳量下降，马氏体中过饱和程度降低，晶格畸变程度降低，硬度也会下降。当回火温度在200℃时，两种因素共同作用使得硬度达到最高值。

表5 T8钢不同回火温度下的硬度值

3 结论

1）在本实验中，T8钢于800℃加热淬火得到隐晶马氏体组织；淬火加热温度大于850℃以上时，第二相粒子开始大量融入基体，奥氏体晶粒粗化，使得硬度下降，故T8钢最佳淬火温度为850℃，温度过高和过低都是不可取的。

2）低温回火后，T8钢组织转变为回火马氏体以及少量残余奥氏体和弥散细小的碳化物，回火组织特征与淬火组织一样，未发生大的变化，都是针状，回火马氏体的排列非常密集；在中温回火时，试样组织仍然保持着片状马氏体的形貌特征，马氏体中将析出碳化物颗粒，这种组织称为回火托氏体；高温回火组织为回火索氏体。

3）试样在回火后的硬度先升高后下降，在200℃回火时的硬度达到最大值，这是由于马氏体中碳原子的偏聚以及大量弥散的ε-碳化物析出造成的。

[1] 刘宗昌.材料组织结构转变原理[M].北京：冶金工业出版社，2006：227-230.

[2] 叶宏.金属热处理原理与工艺[M].北京：化学工业出版社，2015.

Study on M icrostructure Transformation of T8 Steel during Quenching and Tem pering

Wang Yajing
（Department of Chem istry and Chem ical Engineering,Lvliang University,Lvliang Shanxi 033000）

Through the corresponding quenching and tempering process,this paper studied the transformation process of T8 steel in quenching and tempering at different temperatures.The microscopy and scanning electron microscopy were used to observe the tissue after heat treatment,and the macro-hardness of the sample was measured with Rockwell hardness tester.The experiment shows that the best quenching temperature of T8 steel is 850℃.It is not desirable whether the temperature is too high or too low.With the increase of the tempering temperature,the T8 steel tempering group was successively developed by the tempering martensite,tempered troostite,tempered sorbite.The hardness of the sample increases at first and then decreases after tempering,and the hardness reaches themaximum at 200℃tempering,which is due to the segregation of carbon atoms in martensite and the dispersion of a large number of epsilon carbides.

quenching;tempering;martensite

TG161

A

1672-1152（2017）05-0006-04

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.05.03

2017-07-28

王雅静（1988—），女，硕士，毕业于内蒙古科技大学，助教，主要从事材料专业教学工作，研究方向：金属固态相变原理及热处理工艺。

（编辑：王瑾）