低溫形變等溫淬火熱處理工藝可用于含合金元素略低的鋼種。首先將鋼料加熱至奧氏體化溫度,然后在下貝氏體區(qū)域進(jìn)行形變,隨之等溫轉(zhuǎn)變,得到貝氏體組織。采用低溫形變等溫淬火后,工件可以得到中等強(qiáng)度和較好的韌性。
低溫形變熱處理的強(qiáng)韌化機(jī)制如下:
1)由于奧氏體是過(guò)冷到500~600℃前后變形,且變形量較大,所以?shī)W氏體受到嚴(yán)重扭曲,并產(chǎn)生了大量亞晶、次亞晶和數(shù)量很大的位錯(cuò),使鋼材強(qiáng)度大幅度提高。
2)在變形的同時(shí)析出很多超微細(xì)的碳(氮)化物,這些碳(氮)化物以高度彌散狀態(tài)沉淀在位錯(cuò)周?chē)?,阻止位錯(cuò)運(yùn)動(dòng),對(duì)位錯(cuò)起到釘扎作用,從而大大地提高了鋼材的強(qiáng)度。
3)形變奧氏體淬火時(shí)轉(zhuǎn)變成極細(xì)小的馬氏體,變形時(shí)產(chǎn)生的大量位錯(cuò)、晶內(nèi)缺陷在馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)不但被保留下來(lái),而且有了新的增殖,可使位錯(cuò)密度達(dá)到1×1012/cm2級(jí)。在馬氏體晶內(nèi)也存在有大量的雙晶、亞晶、次亞晶等精細(xì)結(jié)構(gòu),使鑲嵌塊之間的夾角顯著增大,加上位錯(cuò)和微細(xì)碳(氮)化物的交互作用,造成了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的極大障礙,從而大幅度地提高鋼的強(qiáng)度和韌性。
與高溫形變熱處理相比較,低溫形變熱處理具有如下優(yōu)點(diǎn):
1)能極大地提高鋼的強(qiáng)度極限、屈服極限和疲勞極限。
2)由于在奧氏體再結(jié)晶溫度以下變形,所以不存在因變形后奧氏體再結(jié)晶長(zhǎng)大而降低強(qiáng)韌化效果的危險(xiǎn)。
3)一般要求較大的變形量,這為應(yīng)用多種形式變形創(chuàng)造了條件,同時(shí)在較低的應(yīng)變速率下也可以獲得最佳強(qiáng)韌化組織。
由于低溫形變熱處理要求有較大的變形量,所以,需要功率大的變形設(shè)備,因此在一些大型、形狀復(fù)雜的產(chǎn)品生產(chǎn)上較難實(shí)施。主要用于一些形狀簡(jiǎn)單的超高強(qiáng)度鋼板、棒材、線材生產(chǎn)(如低溫軋制)及其他一些可用軋制、旋壓、沖壓、拉拔、鍛造等最終成形的產(chǎn)品。由于低溫形變熱處理后的鋼材,在較高的溫度下仍能保持較高的硬度、高韌性和高強(qiáng)度,所以低溫形變熱處理還用于各種工具(如高速鋼的低溫超塑性軋制及形變退火工藝)和兵器(如導(dǎo)彈及火箭的外殼)生產(chǎn)。低溫形變等溫淬火雖然得到的強(qiáng)度略低于低溫形變淬火,但可以得到較高的塑性,適用于熱作模具鋼和其他高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼制造的小型零件。