18Cr2Ni4WA钢的强烈淬火组织与性能

　　强烈淬火是研究极快速淬火对材料硬度和残余应力的影响关系，并将其称作“强烈淬火”[1-3]。该技术主要特点是在工件表层获得高的压应力，从而降低产生裂纹的几率，同时提高硬度和强度[4-7]。

　　目前，强烈淬火作为热处理新技术发展方向之一受到关注[8]。研究表明强烈淬火可使钢获得良好的综合力学性能，并且畸变小。Lauralice C. F. Canale等人[9]指出强烈淬火可替代或部分替代某些工件的渗碳过程，同时缩短生产周期，降低能源消耗，从而减少环境污染，节约生产成本。目前虽然在一些钢[10-15]中开展了强烈淬火工艺研究，但是针对18Cr2Ni4WA钢的强烈淬火工艺研究还未见报道，因此本文对18Cr2Ni4WA钢进行强烈淬火工艺试验，同时对淬火后的组织和性能展开分析和研究。

　　1 试验材料及方法

　　试验材料为正火态18Cr2Ni4WA钢，主要化学成分(质量分数，%)为0.18C、1.58Cr、4.17Ni、1.05W、0. 48Mn、0.24Si、<0.03P、<0.03S。拉伸试样采用GB/T228—2002《金属材料 室温拉伸试验方法》规定的试样尺寸，冲击试样采用 GB/T 229—2007《金属材料 夏比摆锤冲击试验方法》的U形缺口冲击试样。淬火加热温度840℃，淬火加热保温时间为15 min，采用密度为1.22g/cm³的CaCl2水溶液和液氮作为强烈淬火介质，淬火不同时间，经180℃回火2h。应用OLYMPUS-PM3型金相显微镜进行组织分析。试样的拉伸性能试验、冲击性能、显微硬度测试分别在INSTRON8801试验机、RPK450智能示波冲击试验机以及HVS-1000型数显显微硬度计上进行，加载载荷砝码200g。

　　2 试验结果及分析

　　2.1 强烈淬火工艺对显微组织的影响

　　将18Cr2Ni4WA 钢试样在840℃下保温15min后，采用不同的淬火介质，结合不同的冷却制度进行冷却，之后进行180℃回火2h，以下为在不同冷却制度条件下得到的试样组织。

　　1) 空冷

　　试样空冷后获得正火态组织如图1所示，主要为粒状贝氏体、下贝氏体和马氏体混合组织。文献[16]的研究结果也表明18Cr2Ni4WA钢空冷后为粒状组织、多种贝氏体组织和马氏体组织的混合物。

　　2) 液氮强烈淬火

　　图2为18Cr2Ni4WA钢在液氮分别冷却2s和4s获得的组织，其由板条马氏体、少量粒状组织构成。图2显示，组织非常细小，强烈淬火后的试样边缘组织和心部组织有细微差别，其中心部组织略微细一些。这是由于，液氮作为强烈淬火介质冷却时的温度梯度比CaCl2水溶液冷却时的大，急冷效果更好，得到的组织也稍细。随着强烈淬火冷却在液氮中停留时间的延长，试样放入液氮中后虽然可以得到一个很大的表面温度梯度，但随着冷却的继续，液氮蒸汽膜冷却占据了主导地位，温度梯度变小，进而使试样的实际冷却速度变小，最终导致在液氮中较长时间冷却(4s)试样组织比较短时间冷却(2s)略显粗大。