20crMnTi鋼作為低碳馬氏體用鋼，經(jīng)淬火低溫回火后,在獲得髙強(qiáng)度的同時，比優(yōu)質(zhì)碳素鋼有更好的塑性、軔性的配合，其冷脆傾向較小，低溫沖擊值髙，綜合機(jī)械性能良好，可用以制造中小尺寸的高強(qiáng)度零件。
熱處理工藝不同,特別是不同溫度回火后,鋼材具有不同的組織和性能。
研究表明，該鋼鍛件在200°C回火時其強(qiáng)度與自回火,即淬火態(tài)時相近或略有提高，而后隨回火溫度升高強(qiáng)度逐漸增加，至250?300°C回火時強(qiáng)度達(dá)到最大值。這主要是因為20CrMnTi等低碳馬氏體類鋼,在200°C以下回火時，由于碳原子偏聚于位錯較之析出碳化物更為穩(wěn)定，所以僅有碳原子向位錯線附近偏聚而不析出碳化物。此時的組織結(jié)構(gòu)與自回火態(tài)時相近，而使性能基本相同。但由于低碳馬氏體鋼的MS點較髙,在淬火過程中有可能在已形成的馬氏體中發(fā)生自回火而析出碳化物。
當(dāng)回火溫度升髙到250?300°C時,除碳原子進(jìn)一步偏聚外,還將從碳的偏聚區(qū)直接析出一碳化物,這些極細(xì)小的碳化物還與母相保持共格聯(lián)系，由此而造成的結(jié)構(gòu)畸變與位錯釘扎作用增強(qiáng)，而使鋼鍛件的強(qiáng)度提高。此時的顯微組織仍保持板條狀馬氏體的形態(tài)。
在回火溫度超過300°C以上回火時，由于自a相中析出了—碳化物并開始逐浙長大，a相基體中的碳已趨于平衡態(tài)含量，固溶強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化作用減弱,使鋼鍛件的強(qiáng)度又逐漸降低。
20crMnTi鋼鍛件經(jīng)400°C回火后,在馬氏體板條界析出薄片狀一碳化物。但此時組織仍保持板條狀馬氏體的形態(tài)。
如再升高回火溫度,則顆粒狀碳化物將明顯粗化。a相基體已進(jìn)行回復(fù)和再結(jié)晶，這時鋼的組織將由等抽的a晶粒和較粗大的—碳化物構(gòu)成,這種組織的固溶強(qiáng)化作用已消失，對位錯運(yùn)動的阻力顯著降低,致使鋼的強(qiáng)度進(jìn)一步降低。
但由于20crMnTi鋼鍛件中的Cr、Ti等強(qiáng)碳化物形成元素的作用，阻礙了碳原子在馬氏體中的擴(kuò)散和減慢了碳化物微粒的聚焦長大速度.以及推遲了0相的回復(fù)、再結(jié)晶過程,從而抑制了鋼的硬度和強(qiáng)度的降低,因此使20crMnTi鋼與中碳調(diào)質(zhì)鋼相比,在相同溫度回火條件下仍具有較髙的強(qiáng)度。
20crMnTi鋼鍛件淬火成低碳馬氏體組織后還具有良好的塑性與軔性，且隨
當(dāng)回火溫度超過400°C以上再升髙回火溫度后,塑性和沖擊軔性均顯著増加。20CrMnTi鋼鍛件在低溫回火或在高溫回火,均具有優(yōu)良的塑性和軔性。從20CrMnTi鋼鍛件淬火后經(jīng)250°C回火和經(jīng)400°C回火后試樣斷口的電鏡微觀形貌，可見其明顯的軔窩特證,表明材料均為韌性斷裂。
結(jié)論
(1)20CrMnTi鋼鍛件經(jīng)淬火和不同溫度回火后,具有良好的綜合力學(xué)性能,因此,除在化學(xué)熱處理狀態(tài)下使用外,還可做為低碳馬氏體鋼制造中小尺寸的髙強(qiáng)度零件。
(2)20CrMnTi鋼鍛件淬火后獲得低碳馬氏體組織，由于自回火現(xiàn)象使該鋼的性能與低溫回火時相近,即具有高強(qiáng)度和良好的塑性與軔性,因而可以在淬火狀態(tài)下直接應(yīng)用。
(3)應(yīng)用20CrMnTi鋼制造要求髙精度尺寸穩(wěn)定的零件,在淬火后應(yīng)進(jìn)行回火處理。當(dāng)在250°C進(jìn)行回火時,將獲得最佳強(qiáng)軔性能配合,如在300~400°C溫度范圍內(nèi)回火時,則出現(xiàn)回火脆性, 對一般結(jié)構(gòu)零件應(yīng)設(shè)法避免和克服，而對某些兵器零件可用此滿足其特殊性能要求。
