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近年來，鑒于燃料消耗的減少，汽車行業(yè)一直致力于減輕車輛重量。在這種情況下，對能夠結(jié)合高機械性能和提高變形能力的新材料的研究開發(fā)了先進(jìn)高強度鋼（AHSS）類別，該類別代表了一類通過成分和熱處理的創(chuàng)新組合獲得的鋼，其特征是微觀結(jié)構(gòu)和性能無法通過傳統(tǒng)途徑開發(fā)。鋼類，如雙相、相變誘導(dǎo)塑性（TRIP）、復(fù)合相、孿晶誘導(dǎo)塑性、淬火和分配（QP）等，屬于AHSS家族。QP這種熱處理旨在穩(wěn)定馬氏體基體中的一部分殘余奧氏體（RA）。RA的存在能夠提高鋼在馬氏體條件下的延展性，此外，當(dāng)受到外部載荷時，通過TRIP效應(yīng)發(fā)生應(yīng)變誘導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，這在保持高機械性能的同時提高了延展性。隨著應(yīng)變誘導(dǎo)轉(zhuǎn)變延遲頸縮的開始，總伸長率（TE）和均勻伸長率（UE）增加。最終結(jié)果是一種具有極限抗拉強度（UTS）和延展性的鋼，這是傳統(tǒng)處理方法難以獲得的。該處理包括馬氏體開始溫度和完成溫度之間的初始淬火，而后續(xù)步驟涉及等溫保持過程中的碳分配。在分配過程中，碳從過飽和馬氏體擴(kuò)散到奧氏體相，并增強了其在室溫下的穩(wěn)定性。

RA的量、形態(tài)和穩(wěn)定性是與熱處理有效性相關(guān)的因素。奧氏體中較高的碳濃度與較高的穩(wěn)定性相關(guān)，即應(yīng)變過程中能量吸收的增加和較高應(yīng)變下頸縮的延遲。在應(yīng)變過程中，奧氏體晶粒通過應(yīng)變誘導(dǎo)轉(zhuǎn)變逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，從不太穩(wěn)定的晶粒開始，向更穩(wěn)定的晶粒移動。

由于整個過程基于碳擴(kuò)散，QP鋼的化學(xué)成分經(jīng)過了調(diào)整，以最大限度地提高處理效果。在分配過程中，碳從過飽和馬氏體中擴(kuò)散，通過這種方式回火。根據(jù)分配條件，這種現(xiàn)象會導(dǎo)致馬氏體變形的減少，這種變形可能或多或少地強烈，從而導(dǎo)致不同的本體特性。碳應(yīng)在奧氏體內(nèi)部擴(kuò)散，多項研究表明，添加高于1.5%的硅可以增強奧氏體的穩(wěn)定性。

本文探討了單步淬火和分配（QP）處理在低硅商業(yè)AISI 4140鋼中的應(yīng)用，并采用意大利GNR公司的殘余奧氏體分析儀AREX D對AISI 4140鋼進(jìn)行測試。

在許多工業(yè)生產(chǎn)加工過程中，對殘余奧氏體含量的控制非常嚴(yán)格，精確測量其含量，對于鋼鐵熱處理過程中產(chǎn)品特性和質(zhì)量的控制有重大意義。因為化學(xué)蝕刻和傳統(tǒng)金相研究存在靈敏度和準(zhǔn)確度較低的情況，所以無法做到工業(yè)生產(chǎn)中對殘余奧氏體的精確測量，而X射線衍射法可以測量低至0.5%的殘余奧氏體含量，故ASTM頒布E975標(biāo)準(zhǔn)方法：X射線法測量近無規(guī)結(jié)晶取向鋼中殘余奧氏體的含量。AREX D正是根據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計開發(fā)，并且為專用的殘余奧氏體分析儀，無需依靠 搭載模塊在常規(guī)XRD上 實現(xiàn)殘余奧氏體測試，具有操作簡便、檢測速度快、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確等特點，對操作人員要求不高，做到輕松上手。

根據(jù)計算結(jié)果，對直徑為10 mm、高度為7 mm的圓柱形試樣進(jìn)行了一組開發(fā)的單步QP熱處理。將試樣在850°C下浸泡7分鐘，并在空氣中正火以使微觀結(jié)構(gòu)均勻化。然后，試樣最初在850°C下奧氏體化，在多功能爐中浸泡7分鐘，然后在由240°C下的商用混合物組成的鹽浴中分配，其中試樣被分配了1到20分鐘的不同時間。根據(jù)約束碳平衡計算的最佳溫度T_opt為255°C，分配處理設(shè)置為240°C，以減少第一次淬火后的奧氏體分?jǐn)?shù)，從而減少第二次淬火階段形成的新鮮馬氏體。

所應(yīng)用的QP處理條件如圖1所示。 進(jìn)行了進(jìn)一步的分析，以比較研究RA的存在對材料拉伸性能的影響。對照樣品接受QT處理。這些處理旨在引入與QP樣品相同回火水平的馬氏體顯微組織。QT樣品的熱處理如下：1）在850°C下奧氏體化7分鐘；2） 室溫油淬；3）在240°C下回火1/5/10/20分鐘。然后將所得QT樣品與相應(yīng)的QP條件進(jìn)行比較。

通過AREX D和測量QP處理后鋼中RA%含量，結(jié)果如表3所示。RA含量范圍為4.6%至7.8 %，這些含量低于約束碳平衡模型的理論含量，因為模型的假設(shè)，即沒有碳化物沉淀、分配和固定界面，在實際情況下并不成立。在熱處理過程中，由于化學(xué)成分未受影響，碳化物沉淀沒有得到抑制，而分配溫度和時間不足以實現(xiàn)的碳分配。因此，有效或部分穩(wěn)定奧氏體的碳量減少，從而減少了RA的最終量。可以很容易地觀察到，分配持續(xù)時間會影響RA的最終量，RA在10分鐘左右開始變大，之后開始減少。這一趨勢表明，可以確定使RA量的佳時間。    

本文成功地將單步QP處理應(yīng)用于AISI 4140（42CrMo4）低合金鋼。所提出的QP處理在室溫下有效地穩(wěn)定了商用低合金鋼馬氏體微觀結(jié)構(gòu)中相當(dāng)一部分RA（4.6%至7.8%）。在所研究的條件中，AISI 4140在240°C下10分鐘的QP提供了最高含量的RA。

參考文獻(xiàn)：Belfi, M., Barella, S., Gruttadauria, A., etc., On the Strain Hardening and Tensile Properties of AISI 4140 Steel via Single-Step Quenching and Partitioning Treatments. steel research int. 2025, 96: 2400513.

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