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(jié)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(jīng)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(shù)據(jù)可知,經(jīng)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(jīng)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(jīng)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(shù)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(shù)就顯得特別重要。高溫形變淬火的工藝參數(shù)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(jié)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(guān)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(guān)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(jié)晶弱化綜合作用的結(jié)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(guān)系Cr、Mo、W、V、Mn、Ni和Si等合金元素延緩奧氏體的再結(jié)晶過程,所以鋼中含有這類元素數(shù)量較多時,即使高溫形變量較大,再結(jié)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(jié)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(jié)構(gòu)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(jīng)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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