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冷处理是以酒精或液氮等为制冷剂,利用冷处理设备在0℃以下处理材料,达到改善组织,优化性能的目的。耐磨钢球广泛应用于矿山、电力、建材等行业,是用于磨机中的球磨介质,属于易损耗件,国内外市场用量巨大。选用较高碳量、适宜合金元素、较少夹杂物量的高碳低合金钢辊轧成形的钢球,具有硬度高,淬透性好、耐磨性强等特点,但钢球在使用过程中性能不稳定,易开裂,使用寿命不理想。分析研究圆钢坯料与高碳低合金辊轧B3钢球的化学成分和冶金质量,将冷处理技术与传统热处理合理搭配,优化钢球的热处理工艺,可提高钢球的硬度、耐磨性以及使用性能的稳定性,对提高我国耐磨钢球质量具有重要意义。通过分析冷处理技术及高碳低合金钢球的国内外发展现状,设计了B3钢球试样的淬火、回火及冷处理工艺,对比分析了淬火、淬火+回火、淬火+回火+冷处理三种处理方式下,钢球试样组织和性能的变化。采用洛式硬度计和摆锤式冲击试验机测试硬度和冲击韧性值,分析力学性能的变化;采用光学显微镜进行金相分析,扫描电子显微镜进行组织分析和冲击试样断口分析;通过X光分析,以确定冷处理前后钢球试样组织中残余奥氏体含量的变化,研究了马氏体组织、残余奥氏体组织形态及含量的变化对钢球试样性能的影响。研究结果表明:B3钢球试样经1250℃×10min随炉冷至850℃水淬,225℃×175min回火,获得了大量的板条马氏体组织和一定量的残余奥氏体组织,其硬度值和冲击韧性值分别为58.0HRC、39.05 J/cm~2。B3钢球试样在低于800℃×10min淬火,奥氏体化量少,主要组织为珠光体,其硬度低,冲击韧性高。在850℃×10min淬火时,奥氏体化不完全,造成渗碳体的溶解不充分,组织不均匀,在获得板条马氏体的同时,还产生了上贝氏体组织、下贝氏体组织以及很少量的残余奥氏体组织,冲击韧性值为18.38J/cm~2。由于B3钢球含Cr、Si等合金元素,经过淬火、回火后其组织中含有体积分数为9.5%左右的残余奥氏体,通过冷处理,使残余奥氏体转变为板条马氏体,同时析出细小的颗粒状碳化物,产生马氏体相变强化和第二相析出强化,使钢球的硬度提高,并保持一定韧性。B3钢球试样经1250℃×10min随炉冷至850℃水淬,225℃×175min回火,-80℃冷处理4h的工艺,试样组织中的残余奥氏体体积分数下降了4%,其硬度值为60.8HRC,冲击韧性值为23.74 J/cm~2。冲击韧性值很低的试样是因为含有尺寸较大,形状不规则的硫化物类和球状氧化物类夹杂物。