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摘要：从整个高温形变热处理操作之中能够看出，主要是将高温变形和淬火等处理工序结合在一起，以此来强化材料力学性能，完善主体热处理工艺，之后对试样显微组织和力学性能等进行全面研究，为后续工作的开展创造有利条件。本文根据以往工作经验，对试验材料与方法进行总结，并从变形组织、力学性能、低周疲劳性能三方面，论述了试验结果与分析。
关键词：高锰铸钢;高温形变;热处理;力学性能
高猛钢在应用过程中，具备明显的高硬化特征和强韧性特点，在承受冲击磨损的零件制作之中十分常见，如冶金、军工等等。高锰钢工程构件主要以铸造成型为主，在简单热处理之后，便可以直接进行应用。但高锰钢自身碳含量较高，结晶速度快，容易出现粗大的结晶组织。
1试验材料与方法
该项试验中的试验材料选择主要是大气环境之中冶炼的高猛铸钢，实际截面尺寸为200×200mm，具体化学成分为1.11C，13.1Mn，0.42Si以及0.006S。之后在高温形变热处理工艺实施过程中，工作人员可以先将3块试样岁炉升温到1050℃，随后保温2h，之后让其中1块试样直接实现水韧处理，将另外两块分别压缩变形20%和25%，在1050℃保温30min，做好水韧处理。工作人员也可以利用电火花线切割机，在试样变形表面下5mm进行取样操作，加工成标距为25mm、直径为5mm的拉伸试样。一般情况下，试样相同部位取样并加工成标距为10mm、直径为5mm的疲劳试样，使用MTS液压伺服试验机开展低周疲劳试验操作。为了呈现出更好的效果，工作人员在疲劳试验开展前，用砂纸将试样打磨好，避免对后续疲劳性能产生影响。该类试验过程主要采用的是应变控制方式进行，让应变速率始终处于合理状态下。在试样相同部位应进行切取试块操作，在打磨抛光后，使用4%的硝酸酒精溶液进行腐蚀，在光学显微镜下观察其内部组织变化情况。当上述工作全部完成后，应用SU5000型扫描电镜，对试样变形表面以下0.5、5和10mm处缺陷进行观察，明确具体面积。对于试样表面硬度测试，可以使用XHB-3000布氏硬度计进行。
2试验结果与分析
2.1变形组织
对于该项试验中的水韧处理和热压缩变形，主要以20%和25%为主，如果热变形量越大，钢的晶粒也会越小。通过水韧处理后得到的试样组织十分粗大，平均粒径尺寸为732u，晶粒度也要比00级还要低。当热压缩变形20%和水韧处理后，试样晶粒会越來越小，但依然存在很多粗大晶粒情况，平均晶粒尺寸在237um左右，实际晶粒度为1.0级。变形量为25%的试样晶粒显得十分细小，而且基本上不会有粗大晶粒，平均晶粒尺寸也能达到164um，与水韧处理试样相比，晶粒度提升了2.0级。例如，在经过水韧处理以及热压缩变形20%和25%之后，试验变形规律如下，即变形量越大，实际缺陷面积也就越小，距离试样变形表面越近，缺陷也会大幅降低。而且与水韧处理试验对比之中能够看出，热压缩变形25%再水韧处理试样之中，缺陷占比能够达到0.06%以下，明显比之前低出很多。
2.2力学性能
从水韧处理和热压缩变形20%和25%后水韧处理试样力学性能变化中能够看出，经过高温形变热处理之后，试样力学性能得到了明显提升，而且随着压缩变形量的提升，性能也随之上升。在热压缩变形20%再水韧处理下的试样抗拉强度能够从仅水韧处理试样的703MPa提升到了819MPa，提升幅度为17%，断后伸长率和冲击韧度能够达到42.8%和407J/c㎡。如果是热压缩变形25%的试样强度和塑性提升幅度更大，最终抗拉强度能够提升到927MPa，断后延伸率能够达到50.7%，实际试样变形表面硬度从205HB提升到238HB。
2.3低周疲劳性能
图1为经水韧处理和热压缩变形20%和25%后水韧处理试样在各应变幅下峰值应力随着循环周次的变化情况。整体来看，3种状态试样峰值应力循环周次变化趋势能够保持一致，即循环变形没有出现明显变化。更为重要的是，随着应变幅的提升，3种状态试验峰值应力也会随之提升，相应疲劳寿命也随之缩短。站在未变形或则是变形试样疲劳寿命角度来说，经热压缩变形20%到25%试样在各应变幅下疲劳寿命能够明显提升，而且热压缩变形25%试样提高幅度也会更加明显。例如，当应变幅达到0.4×10-2时，经过热压缩变形20%后水韧处理试样的疲劳寿命要比仅水韧处理试样超出44%。如果应变幅为0.8×10-2时，实际提升系数为34%。反观热压缩变形25%水处理试样以及仅水韧处理试样相互比较，疲劳寿命在0.4×10-2时，实际应变幅能够达到10202周次，提高比例约为95%，如果是0.8×10-2时，对应提升的应变幅为71%。
3讨论
当试样处于高温变形阶段时，会伴随着动态再结晶现象，而且变形量越大，位错密度也就越高，再结晶形核率也会进一步提升，实际动态再结晶速度加快。当热压缩变形后处于1050℃保温30min后，试样将出现静态再结晶现象，而且变形量有所提升，再结晶驱动力较高，再结晶难度大幅提升。因此，在热压缩变形25%试样晶粒要比热压缩变形20%的试样显得更加细小，实际平均晶粒尺寸数值为164um，对应的晶粒度等级为2.0级。更为重要的是，随着晶粒细化程度的大幅提升，单位投机下的晶截面积也会大幅提升，该项操作能够缓解由于位错塞积而引发的应力集中现象，降低裂缝问题的出现几率。由于高猛铸钢在凝固过程中存在线收缩率较大情况，容易导致铸件出现缩松或者是气孔等缺陷，最终导致材料连续性和致密性受到破坏，材料的抗变形性能也会大幅下降。当高猛铸钢件受到往复冲击和磨损时，便会导致裂纹问题出现。从实际试样变形表面硬度角度来说，在经过高温形变热处理之后，表面硬度也会得到提升。之所以会出现这种情况，主要是由于孔洞类缺陷降低，组织结构变得更加致密。
4结论
综上所述，当高猛铸钢经过高温形变热处理之后，晶粒出现了明显变化情况，而且孔洞类缺陷降低，变形量随之增加。其次，随着变形量的提升，高猛铸钢力学性能提升显著，而且，当高猛铸钢试样得到有效处理之后，整个抗拉强度能够从703MPa提升到927MPa，具体提升幅度能够达到32%。
参考文献：
[1]张福成，畅国纪，刘恒亮.高锰铸钢的高温形变热处理及其组织和力学性能[J].上海金属，2019，41（04）：40-44+58.
[2]田亚强，王安东，陈连生.高温形变对Q&P处理低碳钢中残留奥氏体稳定性的影响[J].金属热处理，2018，43（06）：106-110.
关键词：高锰铸钢;高温形变;热处理;力学性能
高猛钢在应用过程中，具备明显的高硬化特征和强韧性特点，在承受冲击磨损的零件制作之中十分常见，如冶金、军工等等。高锰钢工程构件主要以铸造成型为主，在简单热处理之后，便可以直接进行应用。但高锰钢自身碳含量较高，结晶速度快，容易出现粗大的结晶组织。
1试验材料与方法
该项试验中的试验材料选择主要是大气环境之中冶炼的高猛铸钢，实际截面尺寸为200×200mm，具体化学成分为1.11C，13.1Mn，0.42Si以及0.006S。之后在高温形变热处理工艺实施过程中，工作人员可以先将3块试样岁炉升温到1050℃，随后保温2h，之后让其中1块试样直接实现水韧处理，将另外两块分别压缩变形20%和25%，在1050℃保温30min，做好水韧处理。工作人员也可以利用电火花线切割机，在试样变形表面下5mm进行取样操作，加工成标距为25mm、直径为5mm的拉伸试样。一般情况下，试样相同部位取样并加工成标距为10mm、直径为5mm的疲劳试样，使用MTS液压伺服试验机开展低周疲劳试验操作。为了呈现出更好的效果，工作人员在疲劳试验开展前，用砂纸将试样打磨好，避免对后续疲劳性能产生影响。该类试验过程主要采用的是应变控制方式进行，让应变速率始终处于合理状态下。在试样相同部位应进行切取试块操作，在打磨抛光后，使用4%的硝酸酒精溶液进行腐蚀，在光学显微镜下观察其内部组织变化情况。当上述工作全部完成后，应用SU5000型扫描电镜，对试样变形表面以下0.5、5和10mm处缺陷进行观察，明确具体面积。对于试样表面硬度测试，可以使用XHB-3000布氏硬度计进行。
2试验结果与分析
2.1变形组织
对于该项试验中的水韧处理和热压缩变形，主要以20%和25%为主，如果热变形量越大，钢的晶粒也会越小。通过水韧处理后得到的试样组织十分粗大，平均粒径尺寸为732u，晶粒度也要比00级还要低。当热压缩变形20%和水韧处理后，试样晶粒会越來越小，但依然存在很多粗大晶粒情况，平均晶粒尺寸在237um左右，实际晶粒度为1.0级。变形量为25%的试样晶粒显得十分细小，而且基本上不会有粗大晶粒，平均晶粒尺寸也能达到164um，与水韧处理试样相比，晶粒度提升了2.0级。例如，在经过水韧处理以及热压缩变形20%和25%之后，试验变形规律如下，即变形量越大，实际缺陷面积也就越小，距离试样变形表面越近，缺陷也会大幅降低。而且与水韧处理试验对比之中能够看出，热压缩变形25%再水韧处理试样之中，缺陷占比能够达到0.06%以下，明显比之前低出很多。
2.2力学性能
从水韧处理和热压缩变形20%和25%后水韧处理试样力学性能变化中能够看出，经过高温形变热处理之后，试样力学性能得到了明显提升，而且随着压缩变形量的提升，性能也随之上升。在热压缩变形20%再水韧处理下的试样抗拉强度能够从仅水韧处理试样的703MPa提升到了819MPa，提升幅度为17%，断后伸长率和冲击韧度能够达到42.8%和407J/c㎡。如果是热压缩变形25%的试样强度和塑性提升幅度更大，最终抗拉强度能够提升到927MPa，断后延伸率能够达到50.7%，实际试样变形表面硬度从205HB提升到238HB。
2.3低周疲劳性能
图1为经水韧处理和热压缩变形20%和25%后水韧处理试样在各应变幅下峰值应力随着循环周次的变化情况。整体来看，3种状态试样峰值应力循环周次变化趋势能够保持一致，即循环变形没有出现明显变化。更为重要的是，随着应变幅的提升，3种状态试验峰值应力也会随之提升，相应疲劳寿命也随之缩短。站在未变形或则是变形试样疲劳寿命角度来说，经热压缩变形20%到25%试样在各应变幅下疲劳寿命能够明显提升，而且热压缩变形25%试样提高幅度也会更加明显。例如，当应变幅达到0.4×10-2时，经过热压缩变形20%后水韧处理试样的疲劳寿命要比仅水韧处理试样超出44%。如果应变幅为0.8×10-2时，实际提升系数为34%。反观热压缩变形25%水处理试样以及仅水韧处理试样相互比较，疲劳寿命在0.4×10-2时，实际应变幅能够达到10202周次，提高比例约为95%，如果是0.8×10-2时，对应提升的应变幅为71%。
3讨论
当试样处于高温变形阶段时，会伴随着动态再结晶现象，而且变形量越大，位错密度也就越高，再结晶形核率也会进一步提升，实际动态再结晶速度加快。当热压缩变形后处于1050℃保温30min后，试样将出现静态再结晶现象，而且变形量有所提升，再结晶驱动力较高，再结晶难度大幅提升。因此，在热压缩变形25%试样晶粒要比热压缩变形20%的试样显得更加细小，实际平均晶粒尺寸数值为164um，对应的晶粒度等级为2.0级。更为重要的是，随着晶粒细化程度的大幅提升，单位投机下的晶截面积也会大幅提升，该项操作能够缓解由于位错塞积而引发的应力集中现象，降低裂缝问题的出现几率。由于高猛铸钢在凝固过程中存在线收缩率较大情况，容易导致铸件出现缩松或者是气孔等缺陷，最终导致材料连续性和致密性受到破坏，材料的抗变形性能也会大幅下降。当高猛铸钢件受到往复冲击和磨损时，便会导致裂纹问题出现。从实际试样变形表面硬度角度来说，在经过高温形变热处理之后，表面硬度也会得到提升。之所以会出现这种情况，主要是由于孔洞类缺陷降低，组织结构变得更加致密。
4结论
综上所述，当高猛铸钢经过高温形变热处理之后，晶粒出现了明显变化情况，而且孔洞类缺陷降低，变形量随之增加。其次，随着变形量的提升，高猛铸钢力学性能提升显著，而且，当高猛铸钢试样得到有效处理之后，整个抗拉强度能够从703MPa提升到927MPa，具体提升幅度能够达到32%。
参考文献：
[1]张福成，畅国纪，刘恒亮.高锰铸钢的高温形变热处理及其组织和力学性能[J].上海金属，2019，41（04）：40-44+58.
[2]田亚强，王安东，陈连生.高温形变对Q&P处理低碳钢中残留奥氏体稳定性的影响[J].金属热处理，2018，43（06）：106-110.