低碳钢20CrNi2Mo的高温热变形行为及热加工图

20CrNi2Mo钢是国标GB3203-82推荐钢种，在我国主要应用于生产齿轮、轴承等承受冲击载荷的结构件。在世界主要工业强国中，具有相同或相近化学成分的钢种还有美国的SAE4320、日本的SNCM420和俄罗斯的20XH2M钢等，该类合金钢由于合金元素含量低，各种合金元素配比较好，在世界范围内均有广泛应用。20CrNi2Mo钢主要通过轧制、模锻等热成形工艺进行加工，随着锻件精密化要求的提高，优化热加工工艺参数已经成为组织和力学性能精确控制的主要手段。

热加工图是优化热加工工艺的一种先进方法，材料在热变形过程中，包含了安全加工和材料损伤过程，这两个过程都可以通过材料的热加工图来预测，现有的热加工图主要有两种：一种是Raj基于原子模型理论提出的热加工图，虽然该热加工图使人们对金属成形过程有了更深入的了解，但是其应用具有一定的局限性。另一种热加工图是由Prasad基于动态材料模型提出的，简称为DMM热加工图。DMM热加工图既能够反映材料变形中的微观组织演化机制，同时还可以描述材料热加工过程中的失稳区域，因此被广泛应用于钢、钛、铝、镁及其合金的热变形行为研究及热加工工艺参数优化。

目前，对20CrNi2Mo钢的研究主要集中在热处理工艺对材料组织和力学性能的影响，很少有人探索热加工工艺及其对综合性能的影响。贵州大学材料学院的研究者在DIL805A/T热模拟试验机上对20CrNi2Mo钢进行了等温单道次轴向热压缩试验，分析了热变形参数对流变应力的影响规律，采用变形激活能Q和温度T的双曲正弦函数修正的Arrhenius关系描述了20CrNi2Mo钢热变形过程中最大变形抗力本构方程；基于DMM理论建立了该钢的功率耗散图和流变失稳图，以功率耗散图和失稳图为基础绘制得到20CrNi2Mo钢的热加工图，从而分析获得了该钢较优的热变形工艺参数，并观察了热变形后的组织，为20CrNi2Mo钢的的热加工工艺控制及变形过程中的力学分析提供了理论依据。研究结果表明：

（1）在试验工艺条件下，变形温度和应变速率对低碳钢20CrNi2Mo的流变应力影响较大。当应变速率保持不变时，流变应力随变形温度的升高而降低，而在相同的变形温度下，流变应力随应变速率的增加而增加；

（2）求得试验钢在900～1050℃、0.001～1s-1的变形条件下的变形激活能和包含Z参数的最大变形抗力本构方程；

（3）基于DDM理论构建了20CrNi2Mo钢在真应变0.1～0.5的热加工图，结合功率耗散因子和失稳判据对热加工图进行分析得出了20CrNi2Mo钢在ε为0.4时，具有较大的功率耗散效率和较小的失稳区域，此应变量下较优的热加工工艺区间为：温度940～960℃、应变速率0.0011s-1或温度1025～1050℃、应变速率0.01～0.06s-1。