形變熱處理是將壓力加工與熱處理有效的結(jié)合起來,在馬氏體點以上溫度經(jīng)塑性變形后,立即利用余熱進行熱處理,以達到形變強化與相變強化的雙層強化的效果,得到了比單一強化更高的力學(xué)性能的一種熱處理工藝。其優(yōu)點為節(jié)省工序、減少能源消耗、節(jié)省鋼材的熱處理缺陷等,因此提高了零件的產(chǎn)品性能。
形變熱處理后獲得了比普通熱處理時更高的強度和斷裂韌性,其主要原因為形變使晶界扭曲變成鋸齒狀,增加了零件中的位錯密度和加速了合金元素的擴散,促成了合金碳化物的沉淀;塑性的提高也是由于這種細小、彌散分布的合金碳化物的沉淀,因此降低了奧氏體中碳和合金元素的含量,而淬火時沒有形成孿生的、界面不規(guī)則的細片馬氏體,以及回火時馬氏體片間沉淀出細小碳化物的緣故。
形變熱處理應(yīng)用范圍很廣,各種鋼和有色金屬均可進行形變熱處理,根據(jù)形變熱處理的淬火溫度與形變溫度的不同,分為以下幾類:形變在相變之前有低溫形變淬火、中溫形變淬火、高溫形變等溫淬火、亞溫形變淬火、等溫正火、低溫形變等溫淬火等;形變在相變過程中有等溫形變淬火、連續(xù)冷卻形變處理、誘發(fā)馬氏體的室溫形變、過飽和固溶體的形變時效等;形變在相變溫度之后有珠光體形變、珠光體冷形變、馬氏體形變時效等。這里簡單介紹低溫形變淬火(或中溫形變淬火)和高溫形變淬火,供參考。
(1)低溫形變淬火(又稱亞溫奧氏體形變淬火、中溫形變淬火)
低溫形變淬火是將零件加熱到奧氏體化溫度Ac3以上奧氏體化后,保溫適當(dāng)時間,快速冷卻到相變溫度以下,并在低于再結(jié)晶溫度而高于Ms溫度進行軋制、錘鍛、擠壓、深拉等形變,在該溫度內(nèi)進行一次或多次加工形變,隨后迅速進行淬火和回火,以獲得高強度組織的復(fù)合熱處理工藝。它的強化效果最好,抗拉強度也比一般的熱處理高,事實表明零件的變形量愈大,則強化效果愈顯著??蛇M行該項處理的多為中、高合金鋼零件,即奧氏體亞穩(wěn)定鋼,它們有較高的淬透性和較寬的亞穩(wěn)定奧氏體區(qū)。
低溫形變淬火與高溫形變淬火相比極大提高了強度、屈服強度和疲勞強度等,由于是在再結(jié)晶溫度進行的形變,因此不存在因再結(jié)晶而降低強度的可能性。該形變量可達70%~90%,通常溫度在400~500℃進行形變處理,晶界嚴重扭曲,產(chǎn)生了大量的亞晶和位錯,因此提高了強度。另外形變析出許多超顯微的細化碳化物,沉積于位錯周圍,起到了“釘扎”位錯的作用,因此大大提高零件的強度。
(2)高溫形變淬火
高溫形變淬火是將零件加熱到奧氏體化溫度以上即Ac3+30~60℃,保溫一定后進行形變,如軋制、拔絲、模鍛、旋壓以及擠壓等,然后淬火處理的過程,即高于奧氏體再結(jié)晶溫度進行形變后再發(fā)生相變的工藝,形變淬火后獲得了馬氏體組織,隨后根據(jù)零件的性能要求和鋼的特性進行回火。碳鋼和合金鋼均可進行形變淬火,從其形變的溫度可知此時零件仍處在鍛、軋溫度,因此它是利用鍛軋余熱而進行的淬火,故稱為形變余熱淬火。高溫形變淬火的主要優(yōu)點為:提高鋼的高溫及低溫下強度和塑性;消除回火脆性;提高熱熱強度和沖擊韌性;降低了鋼的缺口敏感性,改善了斷裂韌性等。60Si2Mn汽車彈簧鋼板在930℃熱軋變形18%,形變后在60s內(nèi)淬入20號機械油中冷卻,隨后在650℃的溫度下進行185s的快速回火,強度大大提高,其使用壽命提高10倍。經(jīng)過高溫形變淬火后的零件能提高強度10%~30%,塑性提高40%~50%,韌性和疲勞強度均有提高。
影響高溫形變淬火強化效果的因素有鋼的化學(xué)成分、形變溫度、形變量以及形變速度或形變溫度等。
需要特別注意的是要進行形變淬火應(yīng)控制以下幾個重要的工藝參數(shù):形變量、形變溫度、淬火前的停留時間、回火溫度等。形變溫度的高低影響基體的強度,淬火時間的長短則影響其硬度等力學(xué)性能,這同鋼的淬透性有關(guān),碳鋼與高合金鋼相比則要求快速冷卻,否則無法獲得要求的力學(xué)性能。