[发明专利]一种40CrNiMo钢复相超细组织制备方法

说明书

本发明公开了一种40CrNiMo钢复相超细组织制备方法，包括以下步骤：(1)加热：将40CrNiMo钢加热至900℃～930℃，保温一定时间；(2)循环淬火：将保温后的40CrNiMo钢快速水冷至室温，然后在液氮中继续冷却10～30min，随后再加热至900℃～930℃，保温3～5min，进行该步骤3～5次；(3)快速淬火：将高温状态的40CrNiMo钢快速冷却到低于马氏体转变开始温度，保温一定时间；(4)回火：随后在400℃～450℃保温一定时间；(5)冷却到室温。本发明充分利用40CrNiMo钢成分和初始状态，借助于热处理工艺参数的巧妙设计，将复相超细微观组织引入到40CrNiMo钢的制备中，进而提高40CrNiMo钢的强塑性。

技术领域

本发明涉及先进钢技术领域，具体涉及一种40CrNiMo钢复相超细组织制备方法。

背景技术

40CrNiMo钢具有高的强度、韧度和良好的淬透性，以及抗过热的稳定性，广泛应用于轴类、齿轮、紧固件等。现有40CrNiMo钢的热处理工艺主要为淬火回火，在淬火过程中，40CrNiMo钢中发生马氏体相变，最终表现出高强度和低伸长率；在回火过程中，马氏体基体中形成大量碳化物，释放应力集中，提高40CrNiMo钢的强度。然而，当强度增加时，塑性往往会被牺牲，这限制了40CrNiMo钢的进一步应用开发。

为了解决强度和塑性不匹配的问题，对金属材料进行复相组织设计成为了材料研究的热点。复相组织的设计理念是，在材料中尽可能引入性能差异化的梯度组织相，然后在材料变形的不同阶段，不同的微观组织相进行不同程度的塑性变形，进而能够保持长久的加工硬化能力，最终实现材料强度和塑性的同步提升。然而不同的材料由于化学成分和初始态不同，复相组织的设计思路不尽相同，进而取得的性能提升效果也存在较大差异。因此，如何设计出不同材料匹配的复相组织设计思路和技术工艺成为复相理念实现的难点。

目前，复相组织的设计理念已经在很多材料中进行应用，如中锰钢等，但其在40CrNiMo钢中还未有应用。

发明内容

为了解决现有40CrNiMo强度和塑性不匹配、限制其应用开发的问题，本发明提出一种40CrNiMo钢复相微观组织制备方法，通过低于马氏体转变温度等温淬火，在40CrNiMo钢引入奥氏体、贝氏体和马氏体复相组织，这三个组元相的物性参数不尽相同，会在变形的不同阶段进行协调变形，进而使实验钢具有高的加工硬化能力，最终实现强韧性的同时提高。

本发明采用的技术方案是：

一种40CrNiMo钢复相超细组织制备方法，包括以下步骤：

(1)加热：将40CrNiMo钢加热至900℃～930℃，保温一定时间；

(2)循环淬火：将保温后的40CrNiMo钢快速水冷至室温，然后在液氮中继续冷却10～30min，随后再加热至900℃～930℃，保温3～5min，进行该步骤3～5次；

(3)快速淬火：将高温状态的40CrNiMo钢快速冷却到低于马氏体转变开始温度，保温一定时间；

(4)回火：随后在400℃～450℃保温一定时间；

(5)冷却到室温。

作为优选地，步骤(1)中，保温时间t与试样直径d满足式(1)：t＝(0.5～1)d，其中，t的单位为min，d的单位为mm。时间过短，材料很难奥氏体化；时间过长，材料中晶粒会发生明显长大。

作为优选地，步骤(3)中，低于马氏体转变开始温度10℃～30℃，保温时间为1h～2h。

作为优选地，步骤(3)中，快速冷却的速度在50℃/s以上。

作为优选地，步骤(4)中，保温时间为在0.5h～1h。保证碳化物充分析出、元素配分完全和应力充分释放。