在现代工业领域，38CrMoAl 钢作为一种高强度合金钢，凭借其优异的综合力学性能，如高强度、良好韧性和卓越耐磨性。热处理工艺对其性能影响关键,国内外学者虽已开展大量研究，发现回火温度为620℃时，该钢力学性能最佳等结论但在工艺精准控制和环保节能等方面仍存在问题。本研究旨在系统研究淬火温度对38CrMoAl 钢组织和力学性能的影响，明确组织转变规律，优化热处理工艺参数，为其在各领域的高效应用提供有力支撑。
实验材料与方法
结果分析与讨论
2.1 38CrMoAl 钢不同淬火温度下显微组织分析
采用控制变量的方法对38CrMoAl 钢在淬火温度（900℃、940℃、980℃、1020℃） 回火温度620℃下钢件的显微组织进行观察：
900℃淬火如图1（a）：奥氏体化过程不够充分，导致形成的马氏体组织不够均匀，组织以板条状马氏体为主，晶粒较细平均尺寸约5~8μm，残余奥氏体含量较低约5%。
940℃淬火如图1（b）：奥氏体化效果改善，马氏体的形成更为充分且剧烈，马氏体板条宽度略有增加约10~12μm 组织变得更加致密，晶界清晰可见，残余奥氏体含量降至3%。
980℃淬火如图1（c）：奥氏体晶粒粗化约15~20μm，马氏体板条间出现少量未溶碳化物团簇，残余奥氏体含量回升至6%。
1020℃淬火如图1（d）：奥氏体晶粒显著粗大＞25μm，马氏体板条边界模糊，碳化物聚集明显，残余奥氏体含量高达8%。
综合分析可知，在900~1020℃的淬火温度范围内，940℃淬火时形成的细小马氏体组织最佳，此时38CrMoAl钢的综合性能更优。
2.2 淬火温度对38CrMoAl 钢力学性能的影响
2.2.1 淬火温度对38CrMoAl钢硬度的影响
布氏硬度测试结果如图2 所示，硬度随淬火温度升高呈先增后降趋势。
在620℃回火时，38CrMoAl 钢的硬度在淬火温度为900℃时最小硬度为228HB。这是因为淬火温度较低时，奥氏体化不充分，形成的马氏体含量较少且质量不佳，导致硬度较低。随着淬火温度升高到940℃硬度峰值达269HB，奥氏体化程度增强，马氏体形成更加充分，位错密度增加，硬度达到最佳值。当淬火温度继续升高到980℃硬度降至260HB，奥氏体晶粒开始长大，马氏体的结构受到一定破坏，硬度出现下降。温度进一步升高到1020℃时硬度下降至234HB，奥氏体晶粒粗大现象更为严重，硬度依旧下降。
由此可见，在一定范围内提高淬火温度可以增加钢的硬度，但过高的淬火温度会因奥氏体晶粒粗大而降低硬度。
2.2.2 淬火温度对38CrMoAl钢冲击韧性的影响
不同淬火温度下38CrMoAl 钢的冲击功（J）和冲击韧性（J/cm^2），如表2 所示。对淬火温度为900℃、940℃和980℃和1020℃的钢进行冲击测试。研究结果表明，当回火温度固定为620℃时，随着淬火温度的变化，冲击韧性呈现出明显的波动。
淬火温度为900℃时，38CrMoAl 钢的冲击韧性相对较低，这是由于此时奥氏体化不充分，马氏体组织不完善，内部缺陷较多，在冲击载荷作用下容易发生裂纹扩展。当淬火温度升高到940℃时，马氏体组织更加细化且均匀，材料的冲击韧性提高。
继续升高淬火温度至980℃，冲击韧性开始下降，这是因为奥氏体晶粒长大，内部应力集中加剧，材料在冲击时更容易发生脆性断裂。当淬火温度达到1020℃时，冲击韧性再次升高，这可能是因为过高的淬火温度虽然导致奥氏体晶粒粗大，但也改变了材料的内部应力状态，使得部分应力得到释放，同时马氏体的快速形成产生了较高的位错密度和晶格畸变，在一定程度上提高了材料的韧性，但这种提高是有限的，且伴随着硬度和疲劳性能的下降。
淬火温度对38CrMoAl 钢的冲击功影响显著，不同淬火温度下38CrMoAl钢的断口形貌，如图3所示。
900℃淬火：冲击功最低229.08J，由于奥氏体化不充分，马氏体转变不完全，断口形貌呈现出部分区域组织不均匀的特征，有少量马氏体析出，且晶粒大小不均。这种组织状态使得材料在受力时，内部应力分布不均匀，容易在薄弱部位产生裂纹，导致韧性较差，断口以沿晶断裂为主，微裂纹沿晶界扩展。
940℃淬火：冲击功达到247.5J，断口韧窝密集且均匀，表现为韧性断裂特征。
980℃淬火：冲击功下降至239.89J，马氏体晶粒长大，粗大的晶粒使得断口内微裂纹增多，颗粒状特征明显，材料在承受较大应力时，裂纹容易在晶粒间扩展，导致脆性断裂，韧性降低。断口出现混合断裂形貌，韧窝与解理面共存。
1020℃淬火：冲击功提升至276.81J，材料内部残余奥氏体含量增加，残余奥氏体的存在降低了材料的硬度和强度，同时增加了韧性的不确定性。断口的韧窝结构不清晰，微裂纹更为明显。
结论
作者：佳木斯大学●刘俊烨
来源：热加工论坛