深冷处理是常规热处理过程的延伸,通过改变材料的内部结构,从而改善材料的性能,提高材料的使用寿命,但有关深冷处理的机制尚未统一,导致其应用十分局限。本文研究了不同深冷处理时间和不同深冷循环次数回火前后SDC99钢的力学性能;采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等测试方法,分析了深冷处理对残余奥氏体、马氏体和碳化物的形貌、数量及分布的影响;并结合内耗结果,揭示深冷处理对试样内部原子活动的情况,从微观的角度解释宏观性能的变化,进而建立微观组织演化与宏观力学性能的对应关系,为深冷处理的应用和工艺制定提供理论指导。获得以下主要结论:(1)深冷处理均可以提高SDC99钢的硬度和耐磨性能。在深冷处理过程中,残余奥氏体向马氏体转变是硬度增加的主要原因,但随着深冷时间的延长,硬度先增加后趋于稳定,其中深冷8 h后试样的硬度提高了2.2 HRC。耐磨性能的提高与细小碳化物的形成有关,深冷8 h后试样具有最优的耐磨性能,其磨损体积减少了19.53%,而深冷处理8h并回火后试样的磨损体积减少了25.32%。(2)利用XRD、SEM及TEM等研究了深冷处理对SDC99钢微观组织的影响。研究发现淬火态SDC99钢经过深冷处理后,残余奥氏体的含量由22.08%降低至6.24%,淬火态的块状残余奥氏体会以薄膜状分布于基体,深冷处理后孪晶马氏体的存在,使得C原子易偏聚在孪晶界面上,将成为随后回火过程中碳化物形核的核心。深冷处理并回火后,残余奥氏体的含量由18.24%降低至5.34%,组织中仍然存在部分残余奥氏体,可见深冷处理后残余奥氏体并不能完全转变成马氏体。(3)通过内耗仪研究深冷处理对SDC99钢中晶格缺陷及间隙碳原子偏聚规律的影响。研究发现,SDC99钢的SKK峰在深冷8 h时最高,说明深冷处理可促进C原子在位错处的偏聚,同时,深冷8 h后位错密度增加了27.57%。继续延长深冷时间,等温时效作用下,钢中可动位错数量减少,SKK峰降低。结合微观组织观察,证实SKK峰的强度与碳偏聚、可动位错密度有关。