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低合金高强钢作为当今工业领域应用最广泛的金属材料之一,其强韧化一直是钢铁研究的一个重要课题。然而,传统处理工艺一般具有成本高、周期长、污染严重等特点,并且难以充分开发材料的潜力。而电脉冲作为一种瞬时高能输入技术,已经被大量研究证明是一种改善组织和提高性能的有效手段,并且高效经济,节能环保。本论文将电脉冲技术应用于40Cr钢的淬火和回火处理,通过检测其显微组织、断口和微观内应力的变化,系统地研究了脉冲电流对40Cr钢固态相变的影响规律和作用机制。对比传统热处理,研究了电脉冲处理对40Cr钢力学性能和抗延迟断裂性能的影响,得到了能使其综合性能最优的电脉冲处理工艺参数。(1)由于电脉冲处理极短的高温停留时间和脉冲电流对奥氏体形核的促进作用,退火冷拔态试样经电脉冲淬火(electropulsing quenching,EQ)后可获得比传统淬火(conventional quenching,CQ)更细小的马氏体组织。最佳的EQ参数为480 ms,此时的硬度为~690 HV,原奥氏体晶粒平均尺寸为~14.65μm。相比于CQ,480 ms EQ能使试样获得更高的位错密度,相应地,微观残余应力也更大,这可以归因于电脉冲处理过程中极端非平衡的相转变条件。此外,EQ还会引起晶粒取向的剧烈变化,使得试样具有较大的Schmid因子,并且在电流方向上形成<110>丝织构。480ms EQ试样经520℃传统回火(conventional tempering,CT)后,可获得与12.9级螺栓相当的力学性能(传统调质态试样的性能等级只有10.9级)。(2)480 ms EQ试样的最佳电脉冲回火(electropulsing tempering,ET)工艺参数为:100 ms ET、循环3次(3×100 ms ET);此时的显微硬度为~654 HV,最大抗拉强度为~2241 MPa,断裂延伸率为~15.2%。对比250℃CT,3×100 ms ET引起的位错密度下降较少,但对微观残余应力的释放效果几乎相同。ET过程快速的应力释放可归因于在脉冲电流引起的焦耳热、电子风力和热压应力的综合作用下位错滑移速率的增加。此外,由于脉冲电流对低导电率相形成有抑制作用,480 ms EQ试样经3×100 ms ET后没有?-碳化物析出。(3)适宜参数的循环EQ可以促使原奥氏体晶粒进一步细化,这主要归因于相变过程中晶体缺陷密度的增加,即相变硬化。最佳循环EQ的工艺参数为:三次循环EQ,每次的EQ时长依次为440 ms、400 ms和380 ms;此时试样的平均原奥氏体晶粒尺寸为~4.98μm,硬度为~780 HV。最佳参数循环EQ试样经3×120 ms ET后综合力学性能达到最优,此时的硬度为~692 HV,最大抗拉强度为~2336 MPa,断裂延伸率为~15.1%。(4)电脉冲处理有一定的除氢效果,并能降低氢脆断裂倾向。相比于传统调质态试样,最佳参数电脉冲调质态试样的延迟断裂时间增加了~0.9倍。抗延迟断裂性能的提高可能与脉冲电流引起的组织细化(晶粒更加细小、碳化物更加弥散)和内应力变化有关。此外,利用电脉冲技术对40Cr螺栓钢进行调质处理时,建议将硬度控制在360-390 HV范围内。