快速制备高碳钢金相标准样品的方法与流程

本发明属于热处理技术领域，具体涉及一种快速制备高碳钢金相标准样品的方法。

背景技术：

高碳钢金相标准样品制备一般是从等温淬火的工件上获得，等温淬火是将奥氏体化后的工件淬入珠光体转变温度以下一定温度的热浴中等温一定的时间，使工件获得细珠光体、贝氏体以及马氏体的组织，然后把工件取出快速或直接在空气中冷却或加一道回火工序，不同等温温度和不同等温时间淬火工件可获得不同的组织和力学性能。由于高碳钢淬透性差，所以工件尺寸不宜太厚。但是薄工件在等温淬火过程中因热应力的存在易使工件发生变形或开裂，无法保证获得所需要的样品，解决的办法往往采用分级淬火，可以使工件的表里温度差尽量缩小，减少变形和开裂，这无疑增加了生产成本，降低了工作效率。因此，为了得到理想的高碳钢金相标准样品，对其等温淬火的工件尺寸要求较高。另外，高碳钢等温转变时孕育期较短，要求淬火剂对工件具有快速冷却的能力，以避免在等温温度之前发生奥氏体转变，所以熔铅是比较理想的淬火剂，并且为了便于实际控制，在成分设计上会添加一定量的铬、镍、铜等元素，以提高钢的淬透性，延长转变孕育期，获得所需要的工件，这无疑增加了合金成本。另外，由于熔铅比油和盐成本高且易挥发和氧化，附在工件表面不易去除，对操作者的健康有害，且污染环境，不建议多用。

技术实现要素：

本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种操作工艺简单、无污染且成本低廉的快速制备高碳钢金相标准样品的方法。

为实现上述目的，本发明所设计的快速制备高碳钢金相标准样品的方法，所述高碳钢化学成分按重量百分比包括c：0.77～0.85％，si：0.15～0.35％，mn：0.20～0.40％，s≤0.03％，p≤0.035％，其余为fe；所述制备方法如下：

1)按高碳钢的化学成分及重量百分比冶炼，并经锻造后退火加工成一组试样；

2)取一个试样置于热模拟试验机的真空室中，并将试样加热至780～800℃，并保温；

3)经过步骤2)处理后的试样以大于400℃/s的速度冷却至试样所需的等温温度并进行保温，然后以40～50℃/s的冷却速度冷却至室温，最后腐蚀试样分析试样的金相组织得到所需的金相标准样品；

4)重复步骤2)和步骤3)，得到不同金相组织的金相标准样品。

进一步地，所述步骤2)中，保温时间为10～15min。

进一步地，所述步骤3)中，保温时间为120～240s。

进一步地，所述步骤3)中，等温温度为190～380℃。

进一步地，所述步骤3)中，腐蚀试样采用硝酸酒精溶液，且硝酸酒精溶液的体积浓度为3～5％。

与一般传统铅浴淬火的高碳钢含有铬、镍、铜等元素相比，本发明高碳钢成分设计中去掉了铬、镍、铜元素，此时高碳钢的淬透性有所下降，但是采用大于400℃/s的冷却速度将高碳钢过冷奥氏体冷却到所需的等温温度，保证了等温温度之前奥氏体不会发生转变，从而不影响获得所需的金相组织，低于此冷却速度，过冷奥氏体易于发生转变，从而不能保证获得理想的金相样品，因此，此高碳钢成分设计降低了合金成本；当然，从理论上来说冷却速度越大越好800℃/s、1000℃/s甚至高于1000℃/s、2000℃/s等等也是可以的，但由于受现有技术的制约，目前没有高于2000℃/s的冷却速度设备。

高碳钢的奥氏体化温度和保温时间依据试验钢的成分决定，本方法高碳钢奥氏体化温度选择780～800℃，保温时间10～15min，高碳钢奥氏体化温度过低、保温时间过短，奥氏体的碳浓度和合金元素浓度越不均匀，奥氏体在冷却过程中越容易发生分解，工艺上不易控制；相反，奥氏体化温度过高，保温时间过长，成分越均匀，利于提高奥氏体稳定性，但形成的奥氏体晶粒较粗大，在随后等温转变过程中不能得到理想的金相组织。

过冷奥氏体冷却到所需等温温度，等温温度一般为190～380℃，对于大多数碳钢及低合金钢，450℃以下易得到贝氏体组织，且上下贝氏体的分界温度约为350℃，在上贝氏体温度转变范围350～450℃内，温度越高，尤其当温度大于380℃，原子扩散速度较快，所以上贝氏体转变可以在几秒内完成，此时要得到相应的金相样品，工艺范围较窄，不易控制，因此，获得上贝氏体+其它混合组织的最高温度选择380℃；此成分设计的高碳钢马氏体转变点ms为210～250℃，获得马氏体+残余奥氏体的温度低于ms以下20℃即可，即取等温温度为190℃，ms～350℃温度范围内得到下贝氏体组织。

降至所需等温温度后保温时间120～240s，当保温时间较短时，过冷奥氏体不会发生转变，当保温时间过长，过冷奥氏体会发生完全转变，所以在同一等温温度条件下要获得理想的混合组织，转变应是在某一时间段内完成，参照共析钢等温转变曲线，本高碳钢等温时间宜选择在120～240s，可以保证获得相应的组织。

最后以40～50℃/s的冷却速度冷却到室温，一是保证未转变的奥氏体在40～50℃/s冷却速度条件下一部分转变为马氏体，一部分以残余奥氏体形式保留下来。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：本发明快速制备高碳钢金相标准样品的方法操作工艺简单、无污染且成本低廉的，适合高碳钢金相标准样品的快速制备。

附图说明

图1为实例1工艺条件下得到的金相标准样品；

图2为实例2工艺条件下得到的金相标准样品；

图3为实例3工艺条件下得到的金相标准样品。

具体实施方式

下面结合具体实施例和对比例对本发明作进一步的详细说明，便于更清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

实施例1

高碳钢化学成分按重量百分比包括c：0.794％，si：0.21％，mn：0.31％，s：0.010％，p：0.025％，其余为fe；

高碳钢由中频感应炉冶炼，经锻造后退火，加工成尺寸的试样；将的高碳钢试样置于热模拟试验机真空室中，并将试样加热到800℃，保温10min，使其充分奥氏体化；将奥氏体化的试样以410℃/s的速度迅速冷却到380℃，保温时间120s，然后以50℃/s较快的冷却速度冷却到室温，用3％的硝酸酒精溶液腐蚀试样并分析试样的金相组织，得到金相标准样品，如图1得到的组织为上贝氏体+马氏体+残余奥氏体。

实施例2

高碳钢化学成分按重量百分比包括c：0.84％，si：0.25％，mn：0.35％，s：0.009％，p：0.011％，其余为fe；

高碳钢由中频感应炉冶炼，经锻造后退火，加工成尺寸的试样；将的高碳钢试样置于热模拟试验机真空室中，并将试样加热到780℃，保温15min，使其充分奥氏体化；将奥氏体化的试样以420℃/s的速度迅速冷却到280℃，保温时间240s，然后以40℃/s较快的冷却速度冷却到室温，用4％的硝酸酒精溶液腐蚀试样并分析试样的金相组织，得到金相标准样品，如图2得到的组织为下贝氏体+马氏体+残余奥氏体。

实施例3

高碳钢化学成分按重量百分比包括c：0.82％，si：0.31％，mn：0.39％，s：0.012％，p：0.016％，其余为fe；

高碳钢由中频感应炉冶炼，经锻造后退火，加工成尺寸的试样；将的高碳钢试样置于热模拟试验机真空室中，并将试样加热到790℃，保温13min，使其充分奥氏体化；将奥氏体化的试样以430℃/s的速度迅速冷却到190℃，保温时间180s，然后以45℃/s较快的冷却速度冷却到室温，用5％的硝酸酒精溶液腐蚀试样并分析试样的金相组织，得到金相标准样品，如图3得到的组织为马氏体+残余奥氏体。