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20CrMo钢亚温淬火工艺研究

李威，张世英，黄圣玲，林浩，时海芳
辽宁工程技术大学材料科学与工程系，辽宁阜新(123000)
摘要：本文对20CrMo钢进行了不同的临界区热处理（760℃-800℃水淬+200℃回火）的微
观组织和机械性能的研究。研究结果表明：20CrMo钢经过770℃水淬火+200℃低温回火后的
组织（板条马氏体+条状铁素体）形态和分布较为均匀，并且具有良好的强度和塑性配合，

其抗拉强度σb=1245.23Mpa，延伸率为δ=15.40%。
关键词：临界区热处理；铁素体-马氏体；强度；塑性

亚温淬火是将零件加热到Ac1-Ac3之间保温后淬火以获得马氏体和铁素体两相组织的热
处理工艺[1]。其有助于提高零件的室温及低温冲击韧性、抑制可逆回火脆性、降低脆性转变
温度,而且双相热处理是一种改善低碳钢和低合金钢材料性能的经济、有效的方法。随着航
空航天工业和汽车工业的发展，对钢的性能提出了越来越高的要求，不仅要求钢具有较高的
强度，而且还要有较好的塑性、韧性[2]。普通的热处理方法大大提高了材料的强度，但塑性
不好，通过亚温淬火热处理易于获得具有综合性能优良的双相钢[3]。双相钢其组织特征为：
在多边形铁素体基体上分布有一定数量的岛状马氏体。强硬的马氏体相在钢中起到强化作
用，提高钢的强度，高延性的铁素体则赋予钢较好的延展性。二者相互协调，所以双相钢有
着良好的强塑性配合[4]。

1试验材料及试验方法
1.1试验材料的选择

本文选择常用的20CrMo钢为研究材料。其化学成分见表1-1，临界温度分别为
[5]
Ac1=743℃，Ac3=818℃。
表1-120CrMo钢化学成分

化学元素CMnSiCrMo备注
钢号
0.17-0.240.40-0.700.17-0.370.8-1.100.15-0.25
20CrMo含量（%）
0.180.670.211.010.23试验成分

研究分析加热温度，保温时间对双相组织形态，分布以及组成的影响；并以室温拉伸试
验研究双相钢的力学性能，为20CrMo钢临界区热处理工艺的制定提供依据。

1.2试验方法

1.2.1显微组织观察

为了了解淬火加热温度对显微组织的影响，双相区淬火加热温度分别为760℃、770℃、
785℃、800℃保温时间均为30min。
为了了解保温时间对双相钢显微组织的影响，选择在770℃加热，保温时间分别为10
min、20min、30min、40min。

1.2.2力学性能测试

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按表1-2所示热处理工艺[6]处理试样并进行拉伸试验及性能指标测试。
表1-2力学性能测试的试样热处理规范

试样热处理工艺

类别淬火加热规范淬火介质回火工艺

760℃×30min水200℃×60min
拉
770℃×30min水200℃×60min

785℃×30min水200℃×60min
伸
800℃×30min水200℃×60min

760℃×40min水200℃×60min
试
770℃×30min水200℃×60min

785℃×20min水200℃×60min
样
800℃×10min水200℃×60min

2试验结果及分析
2.1显微组织分析

2.1.1加热温度对20CrMo钢显微组织形貌的影响

20CrMo钢是经热扎成型的，其原始组织具有非常明显的变形特征：在带状铁素体基体
上分布有一定数量的带状珠光体。（如图2-1所示）。

图2-120CrMo钢横截面原始组织400ｘ

20CrMo钢在不同温度下加热淬火后的双相组织特征如图2-2所示。

a760℃b770℃c785℃

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d800℃
图2-220CrMo钢不同温度加热淬火组织400ｘ
对图2-2分析可知：热扎态20CrMo钢在临界区低温（760℃）短时间（30min）加热保
温条件下，淬火后的双相组织明显继承了原始组织的形态，晶粒呈带状分布。在临界区低温
短时间加热条件下，由于奥氏体化过程不充分，奥氏体中由珠光体转变而来的奥氏体占绝大
部分，所以奥氏体承袭了珠光体的分布状态，淬火后马氏体呈带状分布。随着加热温度的升
高，组织趋于均匀，晶粒不再是带状而向等轴状过渡。这是由于随着加热温度的升高，在相
同的温度时间内，奥氏体转变过程加快。珠光体溶解速率增加，奥氏体中由铁素体转变而来
的数量逐渐增加，由于奥氏体吞并铁素体，就打破了铁素体晶粒的带状分布特征，奥氏体量
越多其带状分布愈不明显，铁素体再结晶进行的愈充分，淬火后组织相对均匀化[7]。

2.1.2加热温度对20CrMo钢双相组织