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近年来,我国大力发展基础设施建设,并在高速铁路、精密机床、大型工业设备以及国产汽车的自主开发制造等基础工业获得了长足进步。关键零部件用钢的材料制造加工技术是影响高端装备制造水平的重要因素,本文选用比较典型的GCr15轴承钢和55SiCrV弹簧钢作为研究对象,采用新型的淬火-碳配分-回火(Q-P-T)热处理技术,结合扫描电子显微镜观察(SEM)、透射电子显微镜观察(TEM)、X射线衍射分析、氢鼓泡试验、拉伸试验以及氢渗透试验,分别研究了GCr15轴承钢和55SiCrV弹簧钢的热处理工艺与微观组织结构及其氢脆敏感性之间的关系。并得到以下几点主要结论:1.通过对GCr15轴承钢进行预淬火+等温淬火(PQA)热处理工艺处理,获得了马氏体/贝氏体+稳定的残余奥氏体+未溶球状碳化物的复相组织,在不降低高强度的同时提高了材料的塑性。2.通过充氢压坑试验、氢鼓泡试验和氢渗透试验的研究表征,发现相较于传统的淬火+回火(QT)热处理工艺,PQA工艺处理后所得到的轴承钢材料具有更强的抑制氢致裂纹产生的能力,较低的氢扩散系数和更多的氢陷阱数量,因而氢脆敏感性更低。3.结合压缩试验和X射线衍射分析,发现在10%的工程应变的条件下,PQA样品内的残余奥氏体含量高于QT样品,PQA处理所得到的材料其残余奥氏体机械稳定性高于QT处理所得到的材料。4.通过透射电子显微镜对PQA材料的内部显微组织结构进行观察,发现纳米尺度的残余奥氏体以薄膜状的形态分布于贝氏体铁素体内部和马氏体板条束界面处,可以显著提高残余奥氏体的机械稳定性。同时,稳定的薄膜状残余奥氏体可以作为氢陷阱,从而使得氢对裂纹产生和扩展的促进作用得到抑制。5.通过调节热处理工艺参数,使得55SiCrV弹簧钢的力学性能可以在很大范围内进行调整。#2号样品拥有最好的综合力学性能,屈服强度和抗拉强度分别达到1571MPa和2094MPa,延伸率为12.4%,仅在屈服强度上略低于传统QT工艺得到的样品。其中延伸率超出传统QT工艺样品74.6%。6.对不同温度等温淬火样品的组织分析发现,在170℃等温所获得的材料其微观组织主要为马氏体,190℃及其以上温度等温获得的组织为贝氏体,且在190℃等温时,可以获得纳米尺度的贝氏体。7.氢渗透实验表明材料的氢脆敏感性与等温温度并不是线性关系,190℃等温的样品具有最小的氢扩散系数和最大的氢陷阱数量,从而具有最低的氢脆敏感性。在190℃-250℃的温度区间内。而等温温度升高,材料的氢扩散系数逐渐增大,氢陷阱数量逐渐减少,氢脆敏感性增大。