近年来，鉴于燃料消耗的减少，汽车行业一直致力于减轻车辆重量。在这种情况下，对能够结合高机械性能和提高变形能力的新材料的研究开发了先进高强度钢（AHSS）类别，该类别代表了一类通过成分和热处理的创新组合获得的钢，其特征是微观结构和性能无法通过传统途径开发。钢类，如双相、相变诱导塑性（TRIP）、复合相、孪晶诱导塑性、淬火和分配（QP）等，属于AHSS家族。QP这种热处理旨在稳定马氏体基体中的一部分残余奥氏体（RA）。RA的存在能够提高钢在马氏体条件下的延展性，此外，当受到外部载荷时，通过TRIP效应发生应变诱导转变为马氏体，这在保持高机械性能的同时提高了延展性。随着应变诱导转变延迟颈缩的开始，总伸长率（TE）和均匀伸长率（UE）增加。最终结果是一种具有极限抗拉强度（UTS）和延展性的钢，这是传统处理方法难以获得的。该处理包括马氏体开始温度和完成温度之间的初始淬火，而后续步骤涉及等温保持过程中的碳分配。在分配过程中，碳从过饱和马氏体扩散到奥氏体相，并增强了其在室温下的稳定性。

RA的量、形态和稳定性是与热处理有效性相关的因素。奥氏体中较高的碳浓度与较高的稳定性相关，即应变过程中能量吸收的增加和较高应变下颈缩的延迟。在应变过程中，奥氏体晶粒通过应变诱导转变逐渐转变为马氏体，从不太稳定的晶粒开始，向更稳定的晶粒移动。

由于整个过程基于碳扩散，QP钢的化学成分经过了调整，以最大限度地提高处理效果。在分配过程中，碳从过饱和马氏体中扩散，通过这种方式回火。根据分配条件，这种现象会导致马氏体变形的减少，这种变形可能或多或少地强烈，从而导致不同的本体特性。碳应在奥氏体内部扩散，多项研究表明，添加高于1.5%的硅可以增强奥氏体的稳定性。

本文探讨了单步淬火和分配（QP）处理在低硅商业AISI 4140钢中的应用，并采用意大利GNR公司的残余奥氏体分析仪AREX D对AISI 4140钢进行测试。

在许多工业生产加工过程中，对残余奥氏体含量的控制非常严格，精确测量其含量，对于钢铁热处理过程中产品特性和质量的控制有重大意义。因为化学蚀刻和传统金相研究存在灵敏度和准确度较低的情况，所以无法做到工业生产中对残余奥氏体的精确测量，而X射线衍射法可以测量低至0.5%的残余奥氏体含量，故ASTM颁布E975标准方法：X射线法测量近无规结晶取向钢中残余奥氏体的含量。AREX D正是根据此标准设计开发，并且为专用的残余奥氏体分析仪，无需依靠 搭载模块在常规XRD上 实现残余奥氏体测试，具有操作简便、检测速度快、数据准确等特点，对操作人员要求不高，做到轻松上手。

根据计算结果，对直径为10 mm、高度为7 mm的圆柱形试样进行了一组开发的单步QP热处理。将试样在850°C下浸泡7分钟，并在空气中正火以使微观结构均匀化。然后，试样最初在850°C下奥氏体化，在多功能炉中浸泡7分钟，然后在由240°C下的商用混合物组成的盐浴中分配，其中试样被分配了1到20分钟的不同时间。根据约束碳平衡计算的最佳温度T_opt为255°C，分配处理设置为240°C，以减少第一次淬火后的奥氏体分数，从而减少第二次淬火阶段形成的新鲜马氏体。

所应用的QP处理条件如图1所示。 进行了进一步的分析，以比较研究RA的存在对材料拉伸性能的影响。对照样品接受QT处理。这些处理旨在引入与QP样品相同回火水平的马氏体显微组织。QT样品的热处理如下：1）在850°C下奥氏体化7分钟；2） 室温油淬；3）在240°C下回火1/5/10/20分钟。然后将所得QT样品与相应的QP条件进行比较。

通过AREX D和测量QP处理后钢中RA%含量，结果如表3所示。RA含量范围为4.6%至7.8 %，这些含量低于约束碳平衡模型的理论含量，因为模型的假设，即没有碳化物沉淀、分配和固定界面，在实际情况下并不成立。在热处理过程中，由于化学成分未受影响，碳化物沉淀没有得到抑制，而分配温度和时间不足以实现的碳分配。因此，有效或部分稳定奥氏体的碳量减少，从而减少了RA的最终量。可以很容易地观察到，分配持续时间会影响RA的最终量，RA在10分钟左右开始变大，之后开始减少。这一趋势表明，可以确定使RA量的佳时间。    

本文成功地将单步QP处理应用于AISI 4140（42CrMo4）低合金钢。所提出的QP处理在室温下有效地稳定了商用低合金钢马氏体微观结构中相当一部分RA（4.6%至7.8%）。在所研究的条件中，AISI 4140在240°C下10分钟的QP提供了最高含量的RA。

参考文献：Belfi, M., Barella, S., Gruttadauria, A., etc., On the Strain Hardening and Tensile Properties of AISI 4140 Steel via Single-Step Quenching and Partitioning Treatments. steel research int. 2025, 96: 2400513.

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