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本文的目的是研究60CrNiMo钢通过传统贝氏体工艺及多步贝氏体工艺后，微观组织结构和力学性能的形成规律。采用金相显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对热处理后的样品进行了组织观察，并利用XRD对其残奥的含量进行了测定，此外还测定了试样的力学性能。实验结果表明，在250℃至350℃温度进行等温贝氏体转变，随着时间的增加，贝氏体含量逐渐增多，试样硬度减小。在350℃的时候，随着反应时间从2h到8h，60CrNiMo钢中贝氏体的转变量逐渐增多，直到最后组织仅由贝氏体和残余奥氏体组成，硬度从381HV1下降至365HV1。在相同时间4h条件下，随着等温温度由350℃下降至250℃，贝氏体板条变细，残余奥氏体体积分数由36.1%下降至28.6%，同时硬度随着残余奥氏体含量的下降而上升，由378HV1增加到560HV1。在多步等温贝氏体转变实验中，为了消除有害于力学性能的块状残余奥氏体，本文利用60CrNiMo钢，在850℃奥氏体化后，分别经过300℃等温6h，300℃等温0.5h后再在250℃等温24h，300℃等温0.5h后再在250℃等温24h，随后在250℃等温50h。实验结果发现，经过二步、三步等温贝氏体转变后，在一步等温中形成的块状残余奥氏体转变成更细小的纳米级贝氏体板条，薄膜状的残余奥氏体和贝氏体铁素体组织增加，平均板条厚度减小，块状残余奥氏体大大减小和细化。同时，试样的硬度由456HV1增加至539HV1，进而增加至600HV1。冲击功由79J增加至83J，抗拉强度由1195MPa提高至1230MPa。因而，这种多步低温等温贝氏体转变能实现中碳钢中块状残留奥氏体转变为超细薄膜状残余奥氏体，在硬度和强度明显增加的同时，韧性和塑性得到改善。