强烈淬火对20CrMnTi钢力学性能的影响

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强烈淬火技术是近些年出现的新型热处理技术，它是使试件在马氏体转变区域进行快速且均匀地冷却，在表层形成100%马氏体组织，形成具有较高压应力的硬壳，其特点是冷速极快，而不必担心工件的过度畸变和开裂，从而提高材料的硬度和强度。目前，对强烈淬火技术的研究已经取得了一定的进展，但由于强烈淬火对冷却介质的成分和冷却的时间要求很精确，还存在工艺复杂、工艺和组织性能的关系研究结果不丰富等问题。因此开展对强烈淬火技术和工艺的研究，对于强烈淬火技术在生产中的应用具有重要的理论与工程意义。本文对20CrMnTi钢的强烈淬火进行研究，给出20CrMnTi钢强烈淬火工艺对力学性能的影响规律。
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5 Z9 x' d  s+ Z6 Y) G6 l实验用材为正火态20CrMnTi钢，化学成分(质量分数，%)为：0.19C，0.29Si，0.85Mn，1.20Cr，0.08Ti，<0.04P，<0.04S。拉伸试样采用GB/T228-2002规定的试样尺寸，冲击试样采用GB/T229-1994的U形缺口冲击试样。淬火加热温度为860℃，淬火保温时间为15min，以中等浓度CaCl2水溶液和液氮为强烈淬火介质，进行不同方式淬火后经180℃回火2h，制得各试样。方式一，液氮分别淬火1～5s；方式二，中等浓度CaCl2水溶液分别淬火1～5s；方式三，中等浓度CaCl2水溶液淬火1s后立即再液氮分别淬火1～5s。然后测试拉伸性能、冲击性能、显微硬度和表面残余应力。
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20CrMnTi钢经中等浓度CaCl2水溶液×1s+液氮×4s强烈淬火，显微硬度值高达543.58HV，抗拉强度达1521MPa，冲击韧度达1392.66kJ/m2，与常规热处理相比，这些力学指标均有很大程度提高，表明此工艺下获得的材料强韧性都很好。20CrMnTi钢经强烈淬火获得的表面残余应力为压应力，由于淬火介质导热机制不同，导致不同工艺下获得的残余压应力变化规律不同。经中等浓度CaCl2水溶液×1s+液氮×4s淬火可获最大表面残余压应力293.09MPa；分析可知此应力能提高疲劳极限约800MPa，极大地降低了裂纹扩展速率。抗拉强度与显微硬度线性相关，经验证，86%以上的数据误差在±5%内；抗拉强度与显微硬度均与表面残余压应力线性相关，且表面残余压应力对抗拉强度的影响非常明显，而对显微硬度影响不明显。

: s: P( Z$ J, a: @/ Q! |) h综合比较各种工艺处理后材料的组织性能，20CrMnTi钢较优的强烈淬火工艺为：中等浓度CaCl2水溶液×1s+液氮×4s。

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这是低碳马氏体强化方法。