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user: 3. 实验结果分析 3.1. 42CrMo钢的显微组织 将经过热处理后的九组42CrMo钢各截取一小段试样，经粗磨、细磨、抛光和侵蚀后观察其显微组织，结果如图1所示。 由图1可知，热处理后的九组42CrMo实验钢显微组织均为回火索氏体。其仍保留着原马氏体板条形态，并且有明显的碳化物析出。回火索氏体具有良好的韧性和塑性，同时具有较高的强度，满足42CrMo钢的设计要求。 Table 1 Components of 42CrMo steel ([O]， [N] ppm， others% 序号 C Si Mn P S Cr Mo Ni Al Cu [O] [N] 1# 0.41 0.18 0.71 0.0095 0.0028 0.97 0.21 0.034 0.0129 / 107.9 59.5 2# 0.43 0.20 0.81 0.010 0.004 0.83 0.21 0.048 0.014 0.070 108.7 79.9 3# 0.413 0.20 0.78 0.009 0.003 0.98 0.20 0.076 0.047 0.160 / / 4# 0.439 0.12 0.65 0.009 0.003 1.01 0.21 0.030 0.007 0.088 69.4 69.1 5# 0.43 0.19 0.65 0.0085 0.0096 1.03 0.21 0.050 0.179 0.205 90.0 58.8 6# 0.41 0.22 1.02 0.010 0.013 0.93 0.21 0.070 0.035 0.060 109.9 63.7 7# 0.44 0.17 0.81 0.008 0.002 0.93 0.21 0.032 0.019 0.169 72.6 58.2 8# 0.42 0.21 0.74 0.008 0.004 0.95 0.213 0.051 0.032 / 54.7 80.0 9# 0.42 0.20 0.70 0.009 0.010 0.99 0.20 0.120 0.0168 0.100 59.1 74.5 表1. 42CrMo钢的成分([O]、[N]为ppm，其余%) 图1. 42CrMo钢的微观组织 3.2. 42CrMo钢的机械性能 本次实验对九组42CrMo实验钢的抗拉强度Rm、屈服强度Rel、断面伸长率、常温冲击功及低温冲击功进行了测试，其结果见表2所示。 从表2可以看出，九组42CrMo实验钢的抗拉强度基本在1100 MPa左右，其中的2#和5#42CrMo实验钢的抗拉强度达到了1130 MPa以上，而8#42CrMo实验钢的抗拉强度较低，只有1083 MPa。从冲击功来看，在−80℃时，2#和6#42CrMo实验钢的冲击功较低，冲击韧性较差，而8#和9#42CrMo实验钢的冲击功达到50J和42J，相比于其他七组42CrMo实验钢要好。通过对比各组成分发现，8#和9#42CrMo实验钢的氧含量只有54.7 ppm和59.1 ppm，其他组的氧含量都比较高，其中1#、2#、6#的氧含量达到了100 ppm以上，可见钢中氧含量对钢的冲击韧性有很大影响，钢中氧含量越高，其冲击韧性越差，这主要是由于钢中氧通常以氧化物的形式存在，这些氧化物在钢中会形成非金属夹杂，降低钢的强度或韧性，对钢的机械性能产生不利影响。 3.3. 42CrMo实验钢冲击断口形貌分析 为了进一步研究钢中氧对冲击韧性的影响，对42CrMo实验钢冲击断口进行扫描电镜分析，观察九组实验钢的断口形貌，结果见图2。 通过观察九组42CrMo实验钢冲击断口形貌发现：各试样的断口均为微孔聚集型，断口遍布大小不一的韧窝，以韧性变形为主，具有明显的韧性断裂特征，并且在各微孔底部均可见有夹杂物存在。5#、8#、9#42CrMo实验钢的的冲击断口形貌上韧窝数量较多，且分布均匀，而1#、2#、3#和4#42CrMo实验钢的韧窝数量较少，6#和7#42CrMo实验钢的韧窝分布比较杂乱，并且在1#、2#和6#42CrMo实验钢的韧窝底部明显有大尺寸的夹杂物存在。由此可知在42CrMo实验钢的冲击试验过程中，裂纹首先从夹杂物附近产生，然后扩大，最后导致了试样的断裂。为了进一步分析钢的冲击韧性与夹杂物的关系，实验对9组42CrMo钢进行了夹杂物的评级和夹杂物成分分析，结果见表3和表4。 由表3和表4可知，九组42CrMo实验钢中，以环状氧化物夹杂(Ｄ类)为主，并且部分试验钢还含有硅酸盐类夹杂(C类)、硫化物夹杂(A类)和氧化铝夹杂(B类)。钢中氧含量的高低决定了钢中夹杂物评级的高低，1#、2#和6#的氧含量较高，夹杂物评级较高，使得这三组钢的冲击韧性也较差，印证了钢中氧含量与钢的冲击韧性之间关系的分析。其中2#和6#实验钢中还含有氧化铝夹杂，而2#和6#实验钢的冲 Table 2 The mechanical properties of 42CrMo stee 序号 抗拉强度 Rm (N/mm) 屈服强度Rel (N/mm 2 ) 断面伸长率(%) 冲击功常温(J) 冲击功 −20℃ (J) 冲击功 −40℃ (J) 冲击功 −60℃ (J) 冲击功 −80℃ (J) 1# 1102 996 17.2 88 85 65 50 35 2# 1134 989 16.0 66 54 43 31 24 3# 1118 980 16.7 83 70 65 46 33 4# 1125 993 15.4 73 59 61 37 33 5# 1131 1006 14.4 75 67 67 63 43 6# 1119 978 16.6 73 59 44 33 25 7# 1124 989 15.7 73 82 45 35 31 8# 1083 938 16.6 89 91 81 69 50 9# 1117 1015 16.8 90 79 78 56 42 表2. 42CrMo实验钢的力学性能 图2. 42CrMo实验钢冲击断口形貌 Table 3 Inclusion rating of 42CrMo stee A (硫化物类) B (氧化铝类) C (硅酸盐类) D (环状氧化物类) 细系 粗系 细系 粗系 细系 粗系 细系 粗系 1# / / / / / 1 1.5 2 2# / / 2 / / 0.5 1 1 3# / / / / 1.5 / 2 1 4# / / / / / / 1.5 / 5# / / / / / / 1 0.5 6# / / 1.5 / 0.5 / 1.5 0.5 7# / / / / / 1 0.5 0.5 8# / / / / / / 1.5 0.5 9# 0.5 / / / 0.5 / / 0.5 表3. 42CrMo实验钢的夹杂物评级 Table 4 Inclusion type of 42CrMo stee 序号 [O]含量(ppm) 夹杂物类型 1# 107.9 氧化物夹杂物 2# 108.7 氧化铝、硅酸盐类及氧化物类的夹杂物。 3# / 硅酸盐类、氧化物类的夹杂物和少量的硫化物类夹杂。 4# 69.4 硫化物类、氧化物类的夹杂物和少量的硅酸盐类夹杂。 5# 90.0 硫化物类、氧化铝、硅酸盐类和氧化物类夹杂。 6# 109.9 氧化铝、硅酸盐类、氧化物类的夹杂物和少量的硫化物类夹杂。 7# 72.6 氧化物类夹杂和硅酸盐类夹杂。 8# 54.7 氧化物类夹杂物和少量的硫化物类夹杂。 9# 59.1 硫化物类夹杂和氧化物类夹杂。 表4. 42CrMo实验钢的夹杂物类型 击韧性也是最差的两组，这表明氧化铝夹杂对钢的冲击韧性影响最明显，氧化铝夹杂越多，42CrMo钢的冲击韧性越差。这主要是因为氧化铝为脆性夹杂，在42CrMo钢的内部作为一种亚微观的缺陷存在，在外应力的作用下，容易在氧化铝夹杂的周围萌生微裂纹，受力的情况下容易使微裂纹进入基体内，从而造成断裂。