高温、高速下铬钢和碳素工具钢塑性变形阻力研究

D0I:10.13374/j.issn1001053x.1984.s1.018 北京钢铁学院学报 1984年增刊1 高温、高速下铬钢和碳素工具钢 塑性变形阻力研究 治金机械教研室周纪华管克智 9 捕 要 采用凸轮式形变试验机，在高温高速下对20Cr、40Cr、T8A、T12A等四种 钢进行压缩时塑性变形阻力的试验研究。 试验范围： 变形温度：850~1150℃， 变形速度，580秒'， 变形程度：emx=1n2。 本文着重分析了变形温度、变形速度、变形程度对20Cr、40Cr、T8A、T12A 等四种钢塑性变形阻力的影响关系及20Cr与40Cr,T8A与T12A试验结果的比较。 并提供了供工程技术人员和轧钢生产中可实际使用的塑性变形阻力的计算公式和计 算图表。同时还运用T8A的试验结果与各国学者的试验结果进行了比较。 一、前 h 在各种金属压力加工工艺规程制订、机械设备设计和挖潜、控制轧制以及计算机控制的 轧钢生产中，都必需事先正确确定金属塑性变形阻力。 热轧金属塑性变形阻力研究已经历了七、八十年的历史。从理论研究方面，虽然作了一 些工作，但由于问题本身的复杂性，研究成果尚未在生产中运用。而大量的研究工作都是采 用实验研究，获得了一批实验数据和供查用的试验曲线。在我国，对金属塑性变形阻力的研 究开展得很少，导致了在生产部门和技术部门凡需确定变形阻力值只能查抄国外文献资料。 但由于各国矿藏资源、冶炼方法等的差别及试验技术的水平不同，导致同样牌号的钢种其变 形阻力值有较大差别。例如含铜量为0.3%的B,F,其变形阻力值较不含铜的B,F大15~20% 左右【1】。为此，我们将针对我国的钢种，开展系统的变形阻力的研究 本文仅对铬钢和碳素工具钢在高温、高速下的变形阻力试验数据进行研究分析，并提出 其变形阻力计算的经验公式。 二、试验方法 1.试验材质 试件材质为20Cr、40Cr、T8A、T12A等四个钢种，其化学成份如表1所示。 34

北 京 钢 铁 学 院 学 报 年增刊 高温 、 高速下铬钢和碳素工具钢 塑性变形阻力研究 冶金 机械教研 室 周纪华 ，克 ， 摘 要 采 用 凸轮 式形 变试验 机 ， 在 高温 高速下对 、 、 、 等四 种 钢进行 压 缩时塑 性变形 阻 力 的试验 研 究 。 试验 范 围 变形 温度 ℃ 变形 速度 秒 ’ ， 变形 程 度 妞 。 本文若重分 析 了变形 温度 、 变形速度 、 变形程度对 、 、 、 ’ 等四 种钢 塑 性变形 阻 力的影 响关 系及 与 ， 与 试验 结果 的 比较 。 并 提供 了供工 程技术 人 员和 轧钢生产 中可 实 际使用 的塑 性变形 阻 力的计算公 式和 计 算 图表 。 同时还 运 用 的试验 结果 与各 国学者 的试验 结果进 行 了比较 。 一 、 前 」户一 口 在 各种金属压 力加工 工 艺规程 制订 、 机械设备设计 和挖 潜 、 控 制轧 制以 及计算机控 制的 轧钢 生 产 中 ， 都必需事先正 确确定金属 塑性变形 阻 力 。 热轧 金属 塑性变形 阻 力研究 巳经历 了七 、 八十年的历史 。 从 理论研 究方面 ， 虽 然作 了一 些工 作 ， 但 由于 问题 本身的 复杂性 ， 研 究成果尚未在生 产 中运用 。 而大量的 研究工 作都 是 采 用 实验研 究 ， 获得 了一批 实验数据 和供 查用 的试 验 曲线 。 在我 国 ， 对金属塑性变形 阻 力的 研 究开展得 很 少 ， 导致 了在生 产部 门和 技 术部 门凡需 确定变形 阻 力值 只能 查抄 国外文献 资料 。 但 由于 各国矿藏资源 、 冶炼方 法等的差别 及试 验技 术的水平 不 同 ， 导 致 同样牌号 的 钢种 其 变 形 阻 力值 有较大差别 。 例 如 含铜 量为。 的 ， 其变形阻 力值较不 含铜的 大 左右 ’ 。 为此 ， 我 们将针对我 国的 钢种 ， 开展 系统 的 变形阻力的研究 本文仅对铬钢 和 碳素工 具钢 在 高温 、 高速下 的 变形阻 力试 验数据进 行研究分析 ， 并提出 其变形阻力计算的经 验公 式 。 二 、 试验 方法 试脸材 质 试件材质为 、 、 、 丁 等 四个钢种 ， 其化学成份如表 所 示 。 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1984．s1．018

表1 钢种化学成份% 制种 元素 C Si Mn P s Cu Ni Cr W Mo 20Cr 0.205 0.31 0.645 0.015 0.0160.10 0.12 0.845 40Cr 0.39 0.28 0.67 0.023 0.0140.12 0.12 0.93 T8A 0.79 0.21 0.26 0.0210.0070.12 0.012 0.06 T12A 1.24 0.25 0.24 0.0140.0080.050.05 0.11 0.02 0.02 2. 试验方法 为确定高速高温下金属塑性变形阻力，使用了专门设计的凸轮式高速形变机【)。在试 件压缩过程中变形速度是常数。试样端面上开有凹槽，并在凹槽里充满高温润滑剂而获得线 压缩力应状态。 试样的尺寸为中12×15毫米。 3.试验范■ 试验温度：850,900,950,1000,1050,1100,1150℃， 变形速度：5,10,20,40,60,80秒-， 变形程度：ca=ln台=ln2 三、试验结果及分析 1.变形温度对变形阻力的关系 (1)20Cr和40Cr 图1为20Cr、40Cr变形阻力与变形温度关系的试脸曲线 32 26 20 时 u=5-1 P 20Cr---= 40Cr- 850 900 9501000105011001150"C 图120Cr和40Cr变形阻力与变形温度的关系（变形程度e=0.4) 图1可知：①20Cr、40C的变形阻力随变形温度的升高而减小。②在相同的变形条 35

表 一 元 素 钢种 化学成份 “ ‘ ’ 钢种 州川叫一 ﹃ ，五几︸ 行匕内任‘月 吕曰一︵ 任内内 勺口 甘︸ … ︵︸ ，月 八 自二 匕口，五 … 八甘甘 … 甘﹃ 口， ，二甘 自匕心‘二 … ︸﹄甘 内曰自内， 丹八组怪了月 ︸ 八几 几人，且︸ 自，」，比︸ 八甘 一几，上‘ ︸ ，自曰内 匕 … ︸ 叮曰，曰 甘”任甘︸ 匕﹄ “八甘︸︸ … 上‘﹄甘 试抢 方 法 为 确定高速高温下金属 塑性变形阻 力 ， 使 用 了专 门设计 的 凸轮式高速形 变机 吕 。 在 试 件压 缩过程 中变形速 度是常数 。 试 样端面 上开有 凹槽 ， 并在 凹槽 里充满高温 润 滑剂而 获得线 压 缩力应状态 。 试 样 的尺 寸为小 毫米 。 试脸范 日 试验温 度 变形 速 度 变形 程 度 ， ， ， 二 。 、 盗 ， ， ， ℃ ， ， 秒一 ’ ， 三 、 试 验 结果 及 分 析 变形温度对 变形阻 力的关 系 和 图 为 、 变形阻力与变形温 度关系的 试 脸曲线 一 令一令、 ‘ 飞 、 耀 一 ，、 岛奴 ， 跳、 ，， 、 、 峭 、 、 一 卜 呆喇。 、六诊 卜 椒谈更卡 日 ， 图 由图 一 可知 和 变形 阻 力与变形 温度 的关 系 变形 程 度 ① 、 的 变形 阻 力随变形温 度的 升高而减小 。 ②在相 同的 变形条

件下，40Cr的变形阻力要大于20Cr。 32 ③当温度达到1150℃时，40Cr和20Cr 的变形阻力几乎一样。这说明了在较 28 高温度时，这两种铬钢的变形阻力值 差别不大，其结论类似与碳钢。 急24 (2)T8A和T12A 型 30 图2为T8A、T12A变形阻力与 0 变形温度关系的试验曲线。 以580粒 16 由图2可知：①在试验范围内， T8A、T12A的变形阻力都随变形温 度的升高而减小。②在较高的变形速 果5功 度时，T8A与T12A的变形阻力值相 T8A 差不大，而在较低的变形速度时， T12A---- T8A的变形阻力较T12A要大。这种 850 900950 1000105011001150C1 差别随着变形温度的降低而减少。图 图2 T8A和T12A变形阻力与变形温度的关系 3a、b是T8A和T12A在变形温度 (变形程度e=0.4) 1参参8居后着房●增信暴0音8最信 i,37f43 刘 造 b … 36

件下 ， 的变形阻 力要大于 。 ③当温 度达到 ℃ 时 ， 和 的 变形阻 力几乎一样 。 这 说明 了在较 高温 度时 ， 这 两种 铬钢 的变形阻 力值 差别 不大 ， 其结论类似与碳钢 。 和 图 为 、 变 形阻 力 与 变形 温 度关系的试 验 曲 线 。 由图 可 知 ① 在试 验范 围内 ， 、 的 变形阻 力都随 变形温 度的 升高而减小 。 ②在较高的 变形速 度时 ， 与 的 变形 阻 力值相 差 不大 ， 而 在较 低的 变 形 速 度时 ， 的 变形阻 力较 要大 。 这种 差 别随着变形温度 的 降低而减 少 。 图 、 是 和 在 变形温度 一 、 ， 、 、 谬 气 尽 种 、 、 飞伙 、 、 、 、 ‘ 飞嚼 》 卜 忿吮二， ， 、 ， 匕巨 人· ‘ 一 一 一 别侣兴守卡扭袂、塑 石 仓 。 一 图 和 变形 阻 力与变形 温度 的关 系 杳 形 程 度 卜协 … … ‘ 热 。 、 ， 饭、 报思注 一 二 。 尹肠 枷鑫而乱 ， 叭 、 ‘ 州 卜 韶目口曰 曰曰曰 口 侧 哪侧 娜脚 猫脚川 曰阴 · 之尸份黔 卜 …一 … … 一 卜 从 阵 … … … …

0000-"●.e.音00用p.00B0000000000i d 图3T8A和T12A变形阻力试验示波曲线 a一T8A:t=950℃，h,=14.73毫米，h=7.74毫米，变形速度u≈12秒-1， b-T12A:t=950℃，h。=14.73毫米，h=7.71毫米，变形速度u≈12秒-1， c一T8A:t=1050℃，h。=14.76毫米，h=7.37毫米，变形速度u≈10移-'， d-T12A:t=1050℃，h。=14.72毫米，h=7.35毫米，变形速度u≈10秒-1。 为950℃、变形速度为12秒~时的示波记录线曲。图3c、d是T8A和T12A在变形温度为 1050℃、变形速度为10秒-1时的示波记录曲线。 在图3中，横坐标代表变形量，其均匀的振动波为时间脉冲，每一个振动波代表1毫 秒。其曲线的纵坐标代表实测压缩力。 从图3可以看出，在一定温度下（图为950℃、1050℃），当其它变形条件几乎一样时， T8A所需的压缩力较T12A要大，尤其是当变形程度较大时，这种压力差更为显著。 2.变形阻力与变形速度的关系 (1)20Cr和40Cr 20Cr、40Cr变形阻力与变形速度的关系如图4所示。 em0.4 e0,4 850 30 850 20 1000 1000 1150 1150 20Cr= T8A- 40Cr- T124- 10 06080100 10 20 6080100 变形速度u,形-1 支形速度山，功】 图420Cr和40Cr变形阻力与变形 图5T8A和T12A变形阻力与变形 速度的关系（变形程度e=0.4) 速度的关系（变形程度e=0.4) 由图4可看出：①20Cr和40Cr的变形阻力都随变形速度的增大而增大，而且在双对数 坐标系中虽线性关系。其斜率的大小与变形温度有关，变形温度越高，其斜率越大，亦即在 较高温度时变形速度对变形阻力的影响较温度较低时大。②变形速度对20Cr和40Cr变形阻 力的影响规律在温度较高时几乎-一样，而在温度较低时40Cr比20C「大。 (2)T8A和T12A T8A、T12A变形阻力与变形速度的关系如图5所示。 由图5可知：①T8A、T12A在试验范围内变形阻力都随变形速度的增大而增加，这种 37

获书 移 少 」 度 胜 每 幼 二 份 拍 … 图 和 变形 阻力 试验示 波 曲线 一 ℃ ， 。 毫米 ， 了 毫米 ， 变形 速度 、 秒一 ’ ， 一 ℃ ， 。 毫米 ， 毫米 ， 变形 速度 、 秒一 ’ ， 一 ℃ ， 。 毫米 ， 毫米 ， 变形 速度 娜 移一 ’ 一 ℃ ， 。 毫米 ， 毫米 ， 变形速度 “ 秒一 ， 。 广 为 ℃ 、 变形 速度 为 秒一 ’ 时的示 波记 录线 曲 。 图 、 是 和 在 变形温度 为 ℃ 、 变形 速 度为 秒一 ‘ 时的示 波记 录 曲线 。 在 图 中 ， 横 坐标代表 变形 量 ， 其 均匀的 振 动波为时 间脉 冲 ， 每一 个振 动波代表 毫 秒 。 其 曲线 的纵 坐标 代表 实测压 缩 力 。 从 图 可 以看 出 ， 在一定温 度下 图为 ℃ 、 ℃ ， 当其它 变形 条件几乎一样时 ， 所需的压 缩 力较 要大 ， 尤其是 当变形程 度较大时 ， 这种压 力差 更为显著 。 变形 阻 力 与变形 速 度的 关系 和 ，。 、 变形 阻 力与变形速 度的关 系如 图 所 示 。 协大御兴扣‘ 椒诀众硬 丹山勺，︸ 沙︸八舀︵︸‘ 带恻晰肖。 ‘ 未妞图‘ 产 二 。 弓 “ · 吕翻 门 归 ，井三孙竺 『 习‘ 日 三二竺尸 一 匕二【 自曰 二 门 罗 一 卜 一一 卜 一 一 一 吧二 ‘ 二 ， 三 ， 户 一 叹 代 享 犷』「 目只二 口曰 一 母‘日 户 名留节二 二石口， 二黔 月 ，口 ， 日洲 尹 一一 甲 口 、 户 一 曰一 二 。 。 。 口口‘ 吕 告口 口 治巨 吕监二节二山 一 岁盼 匡 曰口目 ，尸脚， 巨口 〔 口，口 二吕 巨口 ，，口 ，口 一 口尸户 尸口 一 ‘ 二多二， 二乍知口一 一 下一 空 一 一 ‘ 一 变形迷度 ， 秒 一 变形迷度。 秒 一， 图 和 变形 阻力与变形 速度 的关 系 变形 程 度 图 和 变形 阻力与变形 速度的关 系 变形 程 度 由图 可 看 出 ① 和 的 变形 阻 力都随 变形 速 度的增 大而增 大 ， 而且在 双对数 坐标 系 中呈 线 性关 系 。 其斜率 的大小 与 变形温 度有关 ， 变形温 度越 高 ， 其 斜率 越大 ， 亦即在 较高温 度时 变形 速 度对变形阻 力的影 响 较温 度较低 时大 。 ②变形速 度对 和 变形阻 力的影 响规 律在温 度较高 时 几乎一样 ， 而在温 度较低 时 比 大 。 和 、 变形 阻力与 变形速 度的关系如 图 所示 。 由图 可 知 ① 、 在 试 验范 围 内变形 阻力都 随 变形速 度的增大而 增加 ， 这种

增加在双对数坐标系中呈线性关 21 系，且其斜率大小与变形温度有 关。②T12A在温度较高时变形 u=805 速度对变形阻力的影响比较低温 d 度时要大，而T8A却不显著。 17 ③在较高温度时，变形速度对 T12A变形阻力的影响大于 4 u=5份- T8A,而在变形温度较低时却 相反，T12A比T8A要小。 3.变形阻力与变形程度的 关系 (1)20Cr和40Cr 20Cr、40Cr变形阻力与变 20Cr= 形程度的关系如图6所示。 40Cr- 当变形程度对变形阻力的影 0.1 0.3 0.4 0.50.60.7 响用一个影响系数Ke表示时， 变形框度tan 其关系如图7所示。 图620Cr和40Cr变形阻力与变形程度的关系(t=1000℃) 1. 1.0 0. 0.8 数 0. 0。 T8A--一 T12A- 0.5 0.1 0.2 0.3 0.4, 0.50.6.7 变形程风，e=lh告 图7变形程度对20Cr和40Cr变形阻力的影响系数 由图6、7可知：①20Cr和40Cr的变形阻力都随变形程度的增大而增加。这种增加并 不是单调的，而是当变形程度达到一定值（e≈0.4)后，变形阻力不但不增加，反而随变形 程度的继续增大而有减小趋势，这与强化有极限存在的理论相一致，②变形程度对变形阻力的 的影响系数Ke(变形程度e=0.4时，Ke=1),在较小变形程度时40Cr比20Cr要大，而 当变形程度大于0.4以后，其20Cr的影响系数Ke较40Cr大。③在较小变形程度时，20Cr变 形阻力较40Cr小，而当变形程度大于0.65以后，其变形阻力值较为接近。 (2)T8A和T12A T8A和T12A变形阻力与变形程度的关系如图8所示。 38

一 萝 尸声 口一 口曰 · 一 一 一 ， 一 一 厂 不 ’尸 沪一 沪沪 产 ‘ 州 尸 厂 ， 产 ’ 洲 岁 ，‘ 竺巴气 门 ， ， 产 丁二二 ‘ 尸 ， 一 ， ，不 尹 尹 沪 少 ， ’ ， 一一 一 呆”帮、火令 卡决俐硬 增 加在双对数坐标系 中呈 线性关 系 ， 且其斜率大小与变形温 度有 关 。 ② 在温 度较高时 变形 速 度对 变形 阻力的影 响 比较低 温 度时要大 ， 而 却不显著 。 ③在 较 高温 度时 ， 变形 速 度对 变 形 阻 力 的 影 响 大 于 ， 而 在 变形 温 度较低 时却 相反 ， 比 要小 。 变形 阻 力与变形 租度的 关 系 和 、 通 变形 阻力与 变 形程 度的关 系如 图 所示 。 当变形程 度对变形 阻 力的影 响用一 个影 响系数 表示 时 ， 其关 系如 图 所示 。 变形 枉， 。 二 气 图 和 变形 阻力 与变形程 度 的关 系 二 ℃ 次 了‘ 二下 一 、 、 、 」 了 ， 吕人 一 一 一 甘 翻吸蕊侧脚决铡 变 形 程 度 ， 、 午 图 变形程度对 和 变形 阻力 的形响系数 由图 、 可 知 ① 和 的 变形阻 力都随 变形 程 度的增大而增 加 。 这 种增 加并 不 是单调 的 ， 而是 当变形程 度达 到一定值 、 后 ， 变形 阻 力不 但 不增 加 ， 反而随 变形 程 度的 继 续增大而有减小趋势 ， 这与强 化有极 限存在 的 理论相一致 。 ②变形程 度对 变形阻 力的 的影响系数 变形程 度 。 时 ， ， 在较小 变形程 度时 比 要大 ， 而 当变形程 度大于。 以后 ， 其 的影 响系数 较 大 。 ③在较小 变形程 度时 ， 变 形阻 力较 小 ， 而 当变形程 度大 于 以后 ， 其 变形 阻 力值较为接近 。 和 和 变形阻 力与 变形 程 度的关系如 图 所示