深冷及磁场深冷处理对钢中残留奥氏体的影响

　　摘　要：讨论了深冷及磁场深冷处理对W18Cr4V高速钢及GCr15轴承钢中残留奥氏体的影响。为充分挖掘这些在工业上使用量大、面广的材料的潜力，提供了有益途径。
　　关键词：深冷处理；磁场深冷处理；残留奥氏体
　　1　引言
　　W18Cr4V高速钢及GCr15轴承钢是工业中使用量大、面广的钢种。这些钢种的马氏体Z终转变点（Mf）都非常低，W18Cr4V钢的Mf点约为-100℃，GCr15约为-120℃，淬火冷却到室温后在工件中会残留大量的奥氏体。一般认为钢中存在较多数量的残留奥氏体是有害的，会降低钢的硬度和强度，显著降低工件的耐磨性及使用寿命，还使许多物理性能，特别是热性能和磁性能下降。另外，钢制品的尺寸也会随着时间的推移而发生变化。对一些量规、样板、测量仪器和精密机构零件，高压液压系统中的柱塞之类的高精密制品中，残留奥氏体的有害影响也就更显著。在这些制品的使用和存放时间内，组织中存在的残留奥氏体的转变会引起尺寸的变化、挠曲或变形。试验证明，采用深冷和磁场深冷处理，可使钢中残留奥氏体降至Z低极限。
　　在前苏联、美国、日本等国均已成功地利用深冷处理来提高刀具的使用寿命、工件的耐磨性及工件尺寸稳定性。
　　2　试验方法
　　W18Cr4V高速钢试样是1280℃油淬和560℃3次回火处理后，进行深冷和磁场深冷处理。GCr15轴承钢采用860℃油淬后进行不同的冷处理再回火，也有的采用860℃淬火和150℃回火后再进行深冷和磁场深冷处理。试样尺寸为9mm×10mm×35mm。残留奥氏体量采用组合试块的X射线衍射法进行测量^[1，2]。这种方法是通过将无织构的纯铁和1Cr18Ni9不锈钢分别进行淬火和固溶处理，分别得到全马氏体相和全奥氏体相的标样与试样组合一起进行测量，这样可以提高测试灵敏度。由于在计算时只与试样中一根衍射线的强度有关，避开了碳化物衍射强度的干扰，在不需要知道钢中碳化物含量的情况下就可计算出残留奥氏体的含量。
　　3　试验结果和讨论
　　W18Cr4V高速钢与GCr15轴承钢经不同处理后测定了残留奥氏体量，结果列于表1、2。从表1可以看出W18Cr4V高速钢经淬火，回火后进行深冷处理可以使回火后的残留奥氏体量降低24%，但经磁场深冷处理则残留奥氏体量可降低71%。一般认为高速钢经回火或自然时效后残留奥氏体会出现陈化稳定，采用一般冷处理难以使它发生转变。本试验证明，继续降低温度，采用液氮温区的深冷处理及磁场深冷处理可以促进残留奥氏体的转变。 　　从表2可以看出，GCr15钢860℃淬火后采取-78℃的冷处理可使回火后的残留奥氏体量减少53%，而采用更低温度的深冷处理则可使残留奥氏体量减少65%。同时，还可以看出，GCr15轴承钢淬火后回火由于残留奥氏体的稳定化，一般冷处理的效果降低。淬火、回火及室温下停留24h后采用-78℃冷处理只能使残留奥氏体量减少22%，在同样情况下，采用磁场深冷处理则可使残留奥氏体量减少58%。
　　由于W18Cr4V高速钢和GCr15轴承钢的马氏体Z终转变点分别为-100℃和-120℃左右。故一般冷处理，即使冷处理保持时间很长也不可能使残留奥氏体全部转变。特别是当进行回火或自然时效以后的钢，由于奥氏体的稳定化，必须在Mf点以下更低的温度才能转变。采用液氮温区的深冷处理可使残留奥氏体量减少到Z低限度。
　　采用深冷及磁场深冷处理可以促进残留奥氏体进一步向马氏体转变。文献^[3]认为，铁在低温时，由于较低的内能及出现磁熵，使体心正方结构的马氏体相比面心立方结构的残留奥氏体相更为稳定。也有人认为磁场控制相变比温度变化诱发相变能在更短的时间内达到驱动力的变化。这点我们的试验也得到了证实。因为奥氏体是非铁磁性相，而马氏体为铁磁性相，当奥氏体向马氏体转变的发展过程中，外加磁场将产生催化作用^[4]。有人认为^[5]，这是由于在外磁场的作用下，初始相（如奥氏体）微区内近程铁磁性有序的临界尺寸晶粒（气团、自旋团）的形成功减轻，这些晶核通过磁致伸缩应力接受外磁场的能量，从而改变这些微区内的弹力场，诱发了这种非扩散型马氏体的相变。
　　由于利用深冷及磁场深冷处理可有目的地控制钢中残留奥氏体的含量，具有十分重要的实用价值。我们曾采用深冷工艺处理了一批高速钢齿轮滚刀、立铣刀、片铣刀、锯条等切削刀具，经过10多家工厂现场考核试验证明，刀具寿命均提高一倍以上。利用磁场深冷处理GCr15轴承钢制冷轧辊、纺纱机锭杆、油泵油嘴偶件、高压油泵柱塞、块规等工件，不仅提高了耐磨性及使用寿命，而且使工件尺寸更加稳定。
　　4　结语
　　（1）对高速钢和轴承钢进行深冷及磁场深冷处理可有效控制残留奥氏体的含量，提高刀具、机械零件的使用寿命，具有十分重要的实用价值。
　　（2）高速钢、轴承钢淬火、回火后虽然会出现残留奥氏体陈化稳定现象，但采用深冷及磁场深冷处理仍可促使残留奥氏体向马氏体转变。
　　（3）采用深冷处理比一般冷处理来降低钢中残留奥氏体量的效果更好，而采用磁场深冷处理则效果更显著。
　　参考文献：
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