Cr3、Cr5钢是两种典型的高碳合金钢,其具有较高的硬度、良好的强韧性等力学性能,常作为冷轧辊、支撑辊等大型轧辊、铸锻件和冷作模具用钢。本文对这两种钢进行搅拌摩擦加工和加工后不同温度、不同保温时间等温热处理。采用先进材料分析和测试方法研究各种处理条件下加工区组织演化规律,测定加工区显微硬度及拉伸力学性能,并讨论两种钢加工区组织的强韧化机理。针对Cr3钢的研究表明:随着加工热输入的增大,加工区中残余奥氏体含量增多,并且加工区上部残余奥氏体含量较下部多,这归于残余奥氏体的化学稳定化和机械稳定化。800 rpm-30 mm/min加工区上部碳化物全部回溶,而下部和加工区边缘仍有未回溶碳化物。加工区组织呈现由板条马氏体、针状马氏体、块状奥氏体以及薄膜奥氏体等构成的复合组织特征。加工区硬度较调质态母材显著提升,但组织呈现脆性。对800 rpm-30 mm/min加工区进行低温长时间等温处理后发现,在300℃下保温20 h残余奥氏体完全发生贝氏体转变,马氏体分解为铁素体和碳化物,其屈服强度和抗拉强度均显著提升,塑韧性得到显著改善。加工区经过短时间(2 h)不同温度回火后,随着回火温度的升高硬度逐渐降低,在550℃-2 h回火后屈服强度和抗拉强度分别为1540 MPa和2076 MPa,断裂延伸率为7.1%。针对Cr5钢的研究表明:Cr5钢800 rpm-30 mm/min加工区的组织含有板条马氏体、块状孪晶马氏体以及少量的薄膜状残余奥氏体。由于含碳量较Cr3钢低,奥氏体化学稳定化下降,加工区未发现高碳块状残余奥氏体。加工区的硬度、强度较调质态母材有很大提升,但组织脆性较大。经不同温度回火后,随回火温度升高,马氏体在高温回火时析出大量弥散的碳化物,引起马氏体回火二次硬化,导致加工区平均硬度先降低后升高,在500℃-2 h回火后屈服强度和抗拉强度分别为1930 MPa和2140 MPa,断裂延伸率为4%。