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(dāng)時(shí)間后,在再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行形變并淬火的復(fù)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(duì)鋼材無(wú)特殊要求,在碳鋼及低合金鋼上均可實(shí)現(xiàn)。此外,由于形變溫度較高,形變易于進(jìn)行,所以在一般鍛軋?jiān)O(shè)備上都可進(jìn)行形變,故得到了比低溫形變淬火更廣泛的應(yīng)用。一些鋼材經(jīng)高溫形變淬火后的力學(xué)性能如表2-6-2所示。表2-6-2高溫形変淬火后鋼材的強(qiáng)度與塑性從表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(dá)到:抗拉強(qiáng)度2058~2646MPa, 屈服點(diǎn)1862~2254MPa, 伸長(zhǎng)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(qiáng)度10%-~30%, 有時(shí)可達(dá)40%, 塑性提高40%~50%, 即高溫形變淬火對(duì)鋼材有良好的強(qiáng)韌化效果,可有效地提高工件在復(fù)雜應(yīng)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(duì)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(qiáng)性、斷裂韌性及裂紋擴(kuò)展功等。
工藝參數(shù)對(duì)高溫形變淬火的強(qiáng)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(shí)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(qiáng)度越高(圖2-6-15)。從提高鋼材強(qiáng)化的角度出發(fā),形變溫度應(yīng)盡可能低些,以防高溫形變后淬火前(或高溫形變過(guò)程中)奧氏體發(fā)生再結(jié)晶而影響高溫形變淬火的強(qiáng)韌化效果。高溫形變淬火時(shí),形變量與鋼材強(qiáng)初化效果之間的關(guān)系比較復(fù)雜,常因鋼材的化學(xué)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(shí)形變量的增大,鋼材的強(qiáng)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(shí),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(shí),形變量為25%~40%鋼的強(qiáng)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(duì)于一般鋼材,高溫形變淬火時(shí)的最佳形變量為25%~40%(強(qiáng)韌化效果達(dá)到極值)。上述現(xiàn)象,是由于在高溫形變淬火時(shí),鋼材的形變強(qiáng)化與形變過(guò)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(shí),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?qiáng)W氏體的再結(jié)晶過(guò)程,所以鋼中含有這類元素?cái)?shù)量較多時(shí),即使高溫形變量較大,再結(jié)晶也不易進(jìn)行,因而強(qiáng)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(shí),形變強(qiáng)化起主導(dǎo)作用,因此,隨著形變量的增大,強(qiáng)化效果增大。超過(guò)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(dǎo)作用,所以強(qiáng)化效果即隨之降低。高溫形變淬火過(guò)程中,形變后、淬火前的停留時(shí)間對(duì)鋼的強(qiáng)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(duì)碳鋼及低合金鋼要求形變后立即淬火;對(duì)中合金鋼則允許有段時(shí)間的停留;而對(duì)于高合金鋼,為了得到最佳的力學(xué)性能,形變后必須有一較長(zhǎng)時(shí)間的停留
高溫形變淬火后必須進(jìn)行回火處理,回火工藝則因工件的用途不同而異。對(duì)高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)件可進(jìn)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(yīng)進(jìn)行高溫回火。尚應(yīng)指出,對(duì)相同類型的工件,經(jīng)高溫形變淬火后,可應(yīng)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(yīng)用實(shí)例如表2-6-3所示。
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