王 超，柯加祥，杨东欧，张 虎，顾相田

（青岛特殊钢铁有限公司棒材研究所，山东 青岛266000）

1 前 言

由于具有良好韧性、较高的疲劳强度和淬透性，50CrVA钢被广泛应用于汽车、铁路以及冶金化工等各个领域，常用作汽车螺旋悬挂弹簧、安全阀簧、扭力杆、稳定杆、发动机零部件等。这些零件常常在复杂的环境下使用，经受交变应力作用，所以产品需具有优良的力学性能和疲劳性能。50CrVA钢一般经过调质后使用，其微观组织决定了最终的强度、塑性以及冲击性能。一般来说，随着强度的升高，材料的塑性及冲击韧性会下降［1-3］。因此，合理的50CrVA钢调质热处理工艺具有重要意义。目前为止，有关回火温度对50CrVA 钢组织和性能影响的研究较少，本文探讨了不同回火温度对淬火后的50CrVA 钢微观组织和力学性能的影响，目的是确定能获得最优综合性能的回火温度，为后续工业生产时的热处理提供理论依据。

2 试验材料及方法

试验材料为某钢铁公司生产的Ф40 mm 的50CrVA 圆钢，其化学成分（质量分数）为：0.51%C、0.28%Si、0.76%Mn、1.03%Cr、0.14%V、0.015%P、0.005%S，Al、Ni 适量。本文利用 JMatPro 软件根据成分计算出50CrVA 钢在880 ℃开始冷却时的CCT，如图1所示。由图1可知，50CrVA钢奥氏体转变开始温度A1为752.9 ℃，完全奥氏体化温度A3为761.9 ℃。

在圆钢1/4 处沿轧制方向取5 组毛坯样，在SXL-1200C型箱式电阻炉中均加热至880 ℃，保温40 min 后淬入室温的油中。然后将淬火样品分别在 400 ℃、450 ℃、500 ℃、550 ℃和 600 ℃保温 50 min 进行回火处理，最后进行空冷。在热处理后的毛坯上线切割取金相样，粗磨、抛光后采用4%硝酸酒精对试样表面进行腐蚀，用WMJ-9950型金相显微镜观察其微观组织。拉伸试验在WDW-G 型微机控制电子万能试验机上进行，拉伸速率为4 mm/min，每个回火温度检验3 个拉伸样品，取其平均值。在JB-300B冲击试验机上进行试验，试样尺寸为国标规定的10 mm×10 mm×55 mm（缺口类型为KV2），试验温度为-20 ℃。样品经抛光后在洛式硬度计上测定不同回火温度下的洛氏硬度（HRC），载荷设定为1 kN，每个试件测定6 个点的硬度，然后取平均值。

图1 50CrVA钢的CCT曲线

3 试验结果及分析

3.1 回火温度对组织的影响

图2为50CrVA 钢在880 ℃淬火后，分别经400～600 ℃回火后的微观组织。在淬火后的回火过程中，试验钢中的马氏体逐渐开始分解，过饱和α相析出渗碳体。钢在400～450 ℃回火后，试验钢中的马氏体转变为回火屈氏体，此时马氏体板条形貌开始模糊，板条内开始析出渗碳体，部分区域仍保持板条状特征。回火温度提高至500 ℃后，渗碳体不但在晶内分布，在一些马氏体板条界面和原始奥氏体晶界处渗碳体也开始析出。同时，已脱离共格关系的渗碳体明显地聚集，片状渗碳体的长宽比逐渐减小，开始形成粒状渗碳体［4］。550 ℃进行回火时，板条形貌已经基本消失，粒状渗碳体析出，铁素体发生了再结晶，形成了粒状渗碳体弥散分布在再结晶的铁素体基体上的回火索氏体组织。随着回火温度达到600 ℃，此时淬火马氏体充分回复和再结晶，碳化物球化长大，逐渐形成等轴状铁素体。试验钢组织为铁素体与均匀分布的粒状渗碳体组成的回火索氏体。

图2 不同回火温度50CrVA钢的金相组织

2.2 回火温度对硬度的影响

从图3 中可以看出，随着回火温度的升高，试验钢的洛氏硬度逐渐下降。试验钢在400～500 ℃回火时，洛氏硬度的下降比较平缓，硬度数值为43～49 HRC。50CrVA钢淬火后形成的马氏体中存在大量的位错，在400～500 ℃回火过程中马氏体开始分解，淬火内应力逐渐消失。但部分固溶的碳开始以渗碳体的形式析出，可以钉扎位错，对基体有一定的强化作用［5］。同时由于回火温度略低，大部分的合金元素仍在基体内部，固溶强化依然起着主要作用。在此温度范围内进行回火，试验钢可以保持一定的硬度［6］。回火温度达到550～600 ℃时，试验钢的洛氏硬度明显下降，硬度数值为36～38 HRC。此时回火温度较高，马氏体完全分解，碳以及其他合金元素扩散能力提高，基体内的碳化物加速析出，固溶强化减弱。铁素体基体逐渐发生回复再结晶，位错密度进一步降低，导致钢的硬度下降。

图3 不同回火温度对50CrVA钢硬度的影响

2.3 回火温度对力学性能的影响

从图4 可以看出，随着回火温度的升高，试验钢的屈服强度和抗拉强度呈下降趋势。回火温度为400～500 ℃时，强度下降较为缓慢，且抗拉强度均超过1 500 MPa。而在回火温度到600 ℃后，强度明显下降，抗拉强度从500 ℃回火时的1 517 MPa 下降至 1 180 MPa，屈服强度从 1 277 MPa 下降至1 024 MPa。随着回火温度的升高，试验钢的伸长率提高。回火温度在400～500 ℃时，试验钢伸长率的变化幅度较小，范围在10%～13%，在550～600 ℃回火时其伸长率增加到16%～17.5%。

图4 不同回火温度对50CrVA钢拉伸性能的影响

由图5 可知，在400～600 ℃进行回火时，随着回火温度的提高，-20 ℃下的冲击功不断升高。500～600 ℃回火时，冲击功较高，达到59.7～62.8 J。从上述结果可以得知，试验钢在550 ℃回火时的综合力学性能最优，屈服强度为1 140 MPa，抗拉强度为1 307 MPa，伸长率和-20 ℃冲击功分别达到了16%和59.7 J。在此温度下回火后，淬火马氏体完全分解，组织内的淬火应力基本消失，而基体内的碳以及其他合金元素以细小粒状渗碳体的形式析出。同时铁素体开始发生再结晶转变，但晶粒并未长大，形成较为理想的回火索氏体组织，获得良好的综合性能。

图5 不同回火温度对50CrVA钢-20 ℃冲击功的影响

3 结 论

3.1 当 50CrVA 钢 880 ℃淬火后，在 400 ～500 ℃回火时，组织主要由回火屈氏体构成，部分区域仍保持板条状特征。随着回火温度的不断提高，回火索氏体化率不断升高。550～600 ℃进行回火时，板条形貌已经基本消失，铁素体发生了再结晶，形成了粒状渗碳体弥散分布在再结晶的铁素体基体上的回火索氏体组织。

3.2 随着回火温度的升高，试验钢的洛氏硬度、屈服强度和抗拉强度逐渐降低，伸长率和-20 ℃冲击功提高。50CrVA钢经880 ℃淬火+550 ℃回火处理后获得最优力学性能，抗拉强度达到1 307 MPa，屈服强度1 140 MPa，伸长率16%，-20 ℃冲击功也达到了59.7 J。此时回火试验钢的硬度为38 HRC。