30Cr4MoNiV超高强度钢热变形行为及热处理工艺研究

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超高强度钢具有优异的强度和韧性以及良好的抗应力腐蚀性能,主要用于航空航天、大型船舶、桥梁、电站设备、高压容器、矿山机械及其它大型焊接结构件。近年来,随着我国制造业的迅速崛起,对双金属带锯条的性能提出了更高的要求,因此,超高强度钢便作为双金属带锯条的背材用钢服务于机械加工领域。背材采用超高强度钢的双金属带锯条具有效率高、锯切寿命长和可以服役于复杂的工况环境等优势,已经得到了广泛的研究和应用,其热加工和热处理具有一定的独特性,但鲜有针对双金属带锯条的背材的热加工和热处理等方面的报道。基于此,本文研究了30Cr4MoNiV超高强度钢的高温热变形行为,构建了适合该钢种的本构方程与加工图,探索了变形温度和变形速率与流变应力和显微组织之间的关系,并对30Cr4MoNiV超高强度钢的热处理进行了系统的研究,探讨了不同的热处理参数对显微组织和力学性能的影响,可为超高强度钢的热加工和双金属带锯条背材的热处理研究提供一定的理论参考和应用指导。通过等温热压缩实验得到了30Cr4MoNiV超高强度钢的真应力-真应变曲线,发现流动应力随变形温度的升高而降低,随应变速率增大而增大。通过本构分析表明热变形行为符合Arrhenius双曲正弦模型,其活化能为520.815 k J·mol-1,材料常数α、n和A的值分别为0.00581 mm~2·N-1、8.3和1.951×1020。借助加工图和显微组织得到最佳的热加工参数是变形温度为1263-1308 K,应变速率在0.01-0.1s-1的范围内,在该参数下,发生了动态再结晶,组织为均匀的等轴晶。此外,高温和低应变速率条件下的组织均发生了明显的动态再结晶,动态应变时效和孔洞的微观结构是30Cr4MoNiV超高强度钢在加工过程中出现塑性失稳的原因。通过一系列的热处理试验探明了不同热处理参数对30Cr4MoNiV背材的组织和力学性能的影响,30Cr4MoNiV背材合适的淬火温度为1190℃左右,合金元素固溶充分且马氏体组织均匀细小。随回火温度的升高,显微组织由回火屈氏体逐渐向回火索氏体转变,低于600℃以回火屈氏体组织为主,高于600℃以回火索氏体组织为主;硬度、抗拉强度和强塑积呈下降的趋势,而延伸率呈上升的趋势。随回火保温时间的增加,组织略有粗大化;硬度略有上升,抗拉强度降低,延伸率增加,而强塑积呈上升的趋势。本实验条件下,回火温度是决定30Cr4MoNiV背材回火后的组织和性能最重要的参数,30Cr4MoNiV背材最佳的热处理工艺参数为:淬火(1190℃+5 min)+回火(600℃+60 min,三次回火),该工艺条件下,30Cr4MoNiV背材的强塑积是15.64 GPa%,弯曲疲劳性能由3745次提高到5270次,且锯切疲劳性能比进口CDW钢高25.6%。
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