高溫形變淬火是將鋼材或工件毛坯加熱至穩(wěn)定奧氏體區(qū)域,保溫適當時間后,在再結晶溫度以上進行形變并淬火的復合熱處理工藝,工藝曲線如圖2-6-1所示。高溫形變淬火工藝對鋼材無特殊要求,在碳鋼及低合金鋼上均可實現(xiàn)。此外,由于形變溫度較高,形變易于進行,所以在一般鍛軋設備上都可進行形變,故得到了比低溫形變淬火更廣泛的應用。一些鋼材經高溫形變淬火后的力學性能如表2-6-2所示。從表2-6-2中的數據可知,經高溫形變淬火后鋼材的拉伸性能可達到:抗拉強度2058~2646MPa, 屈服點1862~2254MPa, 伸長率7%~10%, 斷面收縮率25%~40%。與普通熱處理相比較,高溫形變淬火可使鋼材的拉伸性能提高強度10%-~30%, 有時可達40%, 塑性提高40%~50%, 即高溫形變淬火對鋼材有良好的強韌化效果,可有效地提高工件在復雜應力下工作的可靠性。
高溫形變淬火還能顯著地提高鋼的沖擊韌度。在排除非馬氏體組織的情況下,高溫形變淬火能夠降低不可逆回火脆性,消除可逆回火脆性。
高溫形變淬火對鋼材的疲勞極限也有良好的作用。例如,經高溫形變淬火及300℃回火后,55Si2、50 CrMnA鋼的疲勞極限分別為617和588MPa, 而經普通熱處理后的疲勞極限則分別為519和510MPa, 即使疲勞極限提高了20%左右。此外,高溫形變淬火還可以提高鋼材的熱強性、斷裂韌性及裂紋擴展功等。
工藝參數對高溫形變淬火的強韌化效果有很大的影響,因此,選擇合適的工藝參數就顯得特別重要。高溫形變淬火的工藝參數包括:形變溫度、形變量、形變后淬火前的停留時間及形變淬火后的回火溫度等.形變溫度越低,形變淬火后的強度越高(圖2-6-15)。從提高鋼材強化的角度出發(fā),形變溫度應盡可能低些,以防高溫形變后淬火前(或高溫形變過程中)奧氏體發(fā)生再結晶而影響高溫形變淬火的強韌化效果。高溫形變淬火時,形變量與鋼材強初化效果之間的關系比較復雜,常因鋼材的化學成分不同而分為兩種類型。
一種類型是隨著高溫形變淬火時形變量的增大,鋼材的強度、塑性不斷增大,這種類型的鋼材如45 CrNiMnSiMoV、40Cr2Ni4SiMo鋼等。
另一種類型是在高溫形變淬火時,鋼材的拉伸性能隨著形變量的增大先增后減,見圖2-6-22。圖2-6-2中曲線示出55CrMnB鋼拉伸性能與形變量之間的關系。從圖2-6-2可以看出,高溫形變淬火時,形變量為25%~40%鋼的強度及塑性最優(yōu),之后形變量繼續(xù)增大,拉伸性能則隨之降低,即存在一最佳形變量。對于一般鋼材,高溫形變淬火時的最佳形變量為25%~40%(強韌化效果達到極值)。上述現(xiàn)象,是由于在高溫形變淬火時,鋼材的形變強化與形變過程中或形變后淬火前奧氏體的再結晶弱化綜合作用的結果。圖2-6-255 CrMnB鋼高溫形變淬火時,拉伸性能與形變量之間的關系Cr、Mo、W、V、Mn、Ni和Si等合金元素延緩奧氏體的再結晶過程,所以鋼中含有這類元素數量較多時,即使高溫形變量較大,再結晶也不易進行,因而強韌化效果隨形變量的增大而增大。相反,在其它成分的鋼中,形變量不大時,形變強化起主導作用,因此,隨著形變量的增大,強化效果增大。超過最佳形變量后,隨著形變量的增大,奧氏體的再結晶弱化起主導作用,所以強化效果即隨之降低。高溫形變淬火過程中,形變后、淬火前的停留時間對鋼的強化效果有影響;效果也因鋼材成分不同而異:一般的規(guī)律是,對碳鋼及低合金鋼要求形變后立即淬火;對中合金鋼則允許有段時間的停留;而對于高合金鋼,為了得到最佳的力學性能,形變后必須有一較長時間的停留
高溫形變淬火后必須進行回火處理,回火工藝則因工件的用途不同而異。對高強度結構件可進行低溫(100~200℃)回火;要求塑性較高、在低溫或高溫工作的工件則應進行高溫回火。尚應指出,對相同類型的工件,經高溫形變淬火后,可應用較(普通淬火后)低的回火溫度,而不致發(fā)生脆性斷裂。
高溫形變淬火工藝的應用實例如表2-6-3所示。
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