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形变热处理特点及方法

2017年08月05日15:00 冠亚体育娱乐热处理

形变热处理是将压力加工与热处理有效的结合起来,在马氏体点以上温度经塑性变形后,马上利用余热进行热处理,以达到形变强化与相变强化的双层强化的效果,得到了比单一强化更高的力学性能的一种热处理工艺。其优点为节省工序、减少能源消耗、节省钢材的热处理缺陷等,因此提高了零件的产品性能。

形变热处理后获得了比普通热处理时更高的强度和断裂韧性,其主要原因为形变使晶界扭曲变成锯齿状,增加了零件中的位错密度和加速了合金元素的扩散,促成了合金碳化物的沉淀;塑性的提高也是由于这种细小、弥散分布的合金碳化物的沉淀,因此降低了奥氏体中碳和合金元素的含量,而淬火时没有形成孪生的、界面不规则的细片马氏体,以及回火时马氏体片间沉淀出细小碳化物的缘故。

形变热处理应用范围很广,各种钢和有色金属均可进行形变热处理,根据形变热处理的淬火温度与形变温度的不同,分为以下几类:形变在相变之前有低温形变淬火、中温形变淬火、高温形变等温淬火、亚温形变淬火、等温正火、低温形变等温淬火等;形变在相变过程中有等温形变淬火、连续冷却形变处理、诱发马氏体的室温形变、过饱和固溶体的形变时效等;形变在相变温度之后有珠光体形变、珠光体冷形变、马氏体形变时效等。这里简单先容低温形变淬火(或中温形变淬火)和高温形变淬火,供参考。

(1)低温形变淬火(又称亚温奥氏体形变淬火、中温形变淬火)

低温形变淬火是将零件加热到奥氏体化温度Ac3以上奥氏体化后,保温适当时间,快速冷却到相变温度以下,并在低于再结晶温度而高于Ms温度进行轧制、锤锻、挤压、深拉等形变,在该温度内进行一次或多次加工形变,随后迅速进行淬火和回火,以获得高强度组织的复合热处理工艺。它的强化效果最好,抗拉强度也比一般的热处理高,事实表明零件的变形量愈大,则强化效果愈显著。可进行该项处理的多为中、高合金钢零件,即奥氏体亚稳定钢,它们有较高的淬透性和较宽的亚稳定奥氏体区。

低温形变淬火与高温形变淬火相比极大提高了强度、屈服强度和疲劳强度等,由于是在再结晶温度进行的形变,因此不存在因再结晶而降低强度的可能性。该形变量可达70%~90%,通常温度在400~500℃进行形变处理,晶界严重扭曲,产生了大量的亚晶和位错,因此提高了强度。另外形变析出许多超显微的细化碳化物,沉积于位错周围,起到了“钉扎”位错的作用,因此大大提高零件的强度。

(2)高温形变淬火

高温形变淬火是将零件加热到奥氏体化温度以上即Ac3+30~60℃,保温一定后进行形变,如轧制、拔丝、模锻、旋压以及挤压等,然后淬火处理的过程,即高于奥氏体再结晶温度进行形变后再发生相变的工艺,形变淬火后获得了马氏体组织,随后根据零件的性能要求和钢的特性进行回火。碳钢和合金钢均可进行形变淬火,从其形变的温度可知此时零件仍处在锻、轧温度,因此它是利用锻轧余热而进行的淬火,故称为形变余热淬火。高温形变淬火的主要优点为:提高钢的高温及低温下强度和塑性;消除回火脆性;提高热热强度和冲击韧性;降低了钢的缺口敏感性,改善了断裂韧性等。60Si2Mn汽车弹簧钢板在930℃热轧变形18%,形变后在60s内淬入20号机械油中冷却,随后在650℃的温度下进行185s的快速回火,强度大大提高,其使用寿命提高10倍。经过高温形变淬火后的零件能提高强度10%~30%,塑性提高40%~50%,韧性和疲劳强度均有提高。

影响高温形变淬火强化效果的因素有钢的化学成分、形变温度、形变量以及形变速度或形变温度等。

需要特别注意的是要进行形变淬火应控制以下几个重要的工艺参数:形变量、形变温度、淬火前的停留时间、回火温度等。形变温度的高低影响基体的强度,淬火时间的长短则影响其硬度等力学性能,这同钢的淬透性有关,碳钢与高合金钢相比则要求快速冷却,否则无法获得要求的力学性能。

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