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本實驗所采用的試樣為16MnCr5齒輪鋼、SCM420齒輪鋼、20CrMnTi齒輪鋼，三者成分含量見下表：

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??????? 高溫應力應變測試在美國DSI公司制造的Gleeble- 1500實驗機上進行，試樣水平放置，試樣夾持好后，試樣室用氬氣保護. 整個系統由加熱、力學測試、計算機控制和數據采集及分析處理幾個部分組成，可實現溫度及力學參數(載荷、變形量、應變等)的精確計算程序控制. 測試時，試樣夾持好后，試樣室通入流量為1 L/min的氬氣流，以10℃/S的速度加熱至1350℃并保溫1 min，然后以3℃/s的速度降溫到預定的實驗測試溫度，保溫1 min后，以ε=1×10?3 s?1的形變速率對試樣進行拉伸直至斷裂，如圖1所示. 試樣拉斷后，立即對斷口部位大量噴水冷卻，以保持測試溫度下試樣的組織形貌. 試樣冷卻后測量拉斷部位橫截面積，計算出其斷面收縮率R.A.，并對部分試樣進行掃描電鏡和金相顯微鏡等的分析檢驗.?

??????? 抗拉強度的變化

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????????圖2為在相同的實驗條件下，3種齒輪鋼的強度隨溫度的變化曲線. 通過比較可以看出，溫度在900℃以上3種鋼的強度差別不大，幾乎是相等的，并且隨溫度升高，試樣的抗拉強度緩慢下降. 當溫度低于900℃以后，試樣的強度明顯增加，其中20CrMnTi鋼的強度比16MnCr5，SCM420鋼上升得要快，強度最高值也高于另外兩鋼種，這可能是由于20CrMnTi中TiN析出物的存在，可以起到強化奧氏體晶粒的作用，使其強度升高.?

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??????? 斷面收縮率的變化

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??????? 圖3為在相同的實驗條件下，3種鋼斷面收縮率隨溫度變化的曲線.20CrMnTi, 16MnCr5, SCM420 3種鋼的零斷面收縮率分別為1390, 1400, 1400℃，隨溫度的降低，3種鋼試樣的斷面收縮率上升均很快，當溫度降低到1200℃時，試樣的斷面收縮率值已超過80%，此后隨溫度的降低，試樣的端面收縮率又再次降低，在725~750℃之間降到最低，其后隨溫度的降低又略有所回升. 其中以SCM420上升的最快. 傳統研究表明，鋼在熔點到600℃之間存在3個脆性溫度區，即熔點至1200℃的第I脆性溫度區，1200~900℃的第II脆性溫度區和900~700℃的第III脆性溫度區，其中第II脆性溫度區只在應變速率大于10?2 s?1時出現. 本實驗采用較底的應變速率(1×10?3 s?1)，沒有出現第II脆性區. 如果以R.A.低于60%作為脆性判斷依據，根據實驗結果20CrMnTi的第I脆性溫度區為熔點至1360℃，第III脆性溫度區為600~975℃，16MnCr5的第I, III脆性溫度區分別為熔點至1330℃, 600~1060℃，SCM420的第I, III脆性溫度區分別為熔點至1370℃, 710~910℃. 3.3 試樣斷裂的原因 通過對比可以看出，3種鋼在第I脆性區溫度范圍內延塑性相差不大，這是因為在此區域內，試樣斷口呈解理斷裂形貌，斷口處聚集分布著較多的夾雜物，經能譜分析為含Mn和Fe的夾雜物，凝固時在樹枝晶間偏析，在晶界處形成了(Mn,Fe)S等析出物，這些雜質熔點較低，在此高溫區域內，部分晶界開始熔化，在拉應力的作用下，沿晶界開裂并直至斷裂，導致沿晶斷裂. 3種鋼在此區域內產生斷裂的原因相似，所以它們的延塑 性相差不大.
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????????在第III脆性區，3種鋼的延塑性存在明顯的差別. 16MnCr5鋼的第III脆性溫度區間為600~1060℃，20CrMnTi鋼的第III脆性溫度區間為600~975℃，這兩個溫度范圍都較寬，而SCM420鋼的低塑性區為710~910℃，僅200℃的溫度范圍，比16MnCr5鋼和20CrMnTi鋼的塑性凹槽要窄得多. 這是因為三種鋼在成分上存在著明顯的差別，SCM420鋼中的Mo含量明顯高于其它兩鋼種，Mo屬于強碳化物形成元素，形成的Mo2C在鋼中的穩定性較差，約在500~650℃溫度區間即可溶解，因此在SCM420鋼的組織中碳化物含量少，碳化物的不均勻性也較小，在鋼中僅發現了MnS夾雜物(圖4).
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???????? 20CrMnTi鋼中Ti含量很高，Ti屬于強碳、氮化物 形成元素，如MC型碳化物在900℃以上才開始溶解 于γ-Fe中，1100℃以上才能大量溶解，所以，鋼中除含有MnS夾雜外，還有TiN, Ti4C2S2等細小析出物(圖5)，這些析出物釘扎晶界，阻止了晶界的遷移，促進了晶界滑移的產生使得裂紋得以沿晶界擴展，導致了20CrMnTi鋼的低塑性區較寬. 16MnCr5鋼的低塑性可能是由于鋼中Al和N的含量較高(Al為0.05%，N為0.01%)，有關文獻認為[Al]×[N]的溶度積大于2.5×10?4時可以析出AlN，本實驗所用16MnCr5鋼中[Al]×[N]已為5×10?4，因此有AlN析出，促進了因晶界滑移產生裂紋的相互連接，同時鋼中鉻的碳化物的析出，促進了裂紋的形成(圖6)，導致16MnCr5鋼的脆性區較寬.?

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??????? 3種鋼形變誘導鐵素體出現溫度(A3)存在明顯的差別，16MnCr5鋼和20CrMnTi鋼形變誘導鐵素體在725~750℃溫度范圍內出現，而SCM420鋼在800~850℃溫度范圍內出現鐵素體. 鋼中奧氏體向鐵素體轉變溫度受鋼的化學成分影響，3種鋼除Cr, Mo, Ti含量不同外，其他成分基本相同，SCM420鋼中Mo含量(0.24%)明顯高于其他兩鋼種，Cr含量低于其他兩鋼種. 而Mo 屬于縮小γ相區的元素，提高A3點，Cr也屬于縮小奧氏體相區元素，但Cr含量低于7%時，隨Cr含量的增加A3點下降， 所以SCM420鋼的A3點溫度高于其他兩鋼種，在800℃時就有鐵素體出現，從而也導致其在第III脆性區凹槽最低點是由形變誘導鐵素體的出現，導致應力在凹處集中，引起沿晶脆性斷裂；而16MnCr5鋼和20CrMnTi鋼則是由晶界滑移引起的.?
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??????? 結論?
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??????? (1) 在1×10?3 s?1應變速率下，16MnCr5, SCM420, 20CrMnTi 3種鋼試樣的第I脆性溫度區分別為熔點至1330℃, 熔點至1370℃, 熔點至1360℃；第III脆性溫度區分別為600~1060℃, 710~910℃, 600~975℃.

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????????(2) 在本實驗的應變速率下3種鋼均沒有出現第II脆性區.

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??????? (3) 因3種鋼的成分不同，在第III脆性區產生斷裂的原因不同，SCM420鋼脆性區最低點是由形變誘導鐵素體的產生引起的，而晶界滑移則是16MnCr5和20CrMnTi鋼產生脆性最低點的原因.