低温形变热处理的工艺参数优化

2023-06-24 理论教育版权反馈

【摘要】：低温形变热处理工艺的优化取决于影响形变热处理效果的各工艺参数的选择。因此，在低温形变淬火时，应尽量采取较低的奥氏体化温度。图6-3形变温度对30CrNiMo钢力学性能的影响注：奥氏体化温度1150℃，形变量50%，形变淬火后200℃回火4h3.形变量在低温形变淬火工艺中形变量是一个很重要的工艺参数。为获得理想的强化效果，低温形变淬火时形变量应达到60%甚至70%以上。

低温形变热处理工艺的优化取决于影响形变热处理效果的各工艺参数的选择。这些工艺参数是：奥氏体化温度、形变温度、形变前后的停留和再加热、形变量、形变方式、形变速度和形变后的冷却等。其中形变温度和形变量是影响钢材强化效果的重要参数。

1.奥氏体化温度

奥氏体化温度对低温形变淬火效果的影响与钢的化学成分有很大关系。奥氏体化温度对有些钢形变淬火后的性能几乎没有影响，如AISIH11钢，而对另外一些钢，如图6-2所示，40CrNiMo钢的抗拉强度随奥氏体化温度的提高有明显降低的现象。因此，在低温形变淬火时，应尽量采取较低的奥氏体化温度。

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图6-1　低温形变淬火示意

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图6-2　40CrNiMo钢奥氏体化温度对低温形变淬火抗拉强度的影响

2.形变温度

形变温度对钢材力学性能影响的总趋势：形变温度越低，形变强化效果越显著。但形变温度过低，在形变过程中或形变后会形成贝氏体，将显著降低钢的强化效果。

图6-3为形变温度对30CrNiMo钢力学性能的影响，由图可知，在500℃以上，随形变温度的降低，硬度和强度都增加，而塑性指标都明显降低。但当变形温度低于500℃，随着变形温度的降低，其性能的变化规律相反。成分为0.35C-1.5Mo-5Cr-0.4V(H11钢)的钢形变温度对低温形变淬火、回火后的力学性能的影响如图6-4所示，其基本规律也是形变温度低，强化效果大。另外，形变量对形变温度的影响非常明显。形变量和形变温度对力学性能的影响大。

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图6-3　形变温度对30CrNiMo钢力学性能的影响

注：奥氏体化温度1150℃，形变量50%，形变淬火后200℃回火4h

3.形变量

在低温形变淬火工艺中形变量是一个很重要的工艺参数。一般情况下，随着形变量的增大，钢的强化效果也增大，但塑性有所降低，如图6-5所示。为了获得较优强度与塑性的匹配，一般低温形变淬火时所采用的形变量为60%～70%。

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图6-4　0.35C-1.5Mo-5Cr-0.4V钢形变温度对形变淬火、回火后力学性能的影响

(a)抗拉强度与屈服强度；(b)断后伸长率与断面收缩率形变量：1%～94%，2%～75%，3%～50%，4%～30%
注：一般处理时Rm为2170MPa，ReL为1968MPa

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图6-5　形变量对0.3%C-3.0%Cr-1.5%Ni钢拉伸性能的影响

注：奥氏体化温度930℃、形变温度540℃、回火温度330℃

4.形变前后的停留及形变后的再加热

若奥氏体的稳定性较高，钢材奥氏体化后冷却到形变温度并保持一段时间，奥氏体不发生分解，则形变前的停留对低温形变淬火后的性能没有影响。为获得理想的强化效果，低温形变淬火时形变量应达到60%甚至70%以上。在一般低温形变条件下，一次得到如此大的形变量是非常困难的。研究表明，通过多次形变累积达到要求与一次形变达到要求的效果几乎一样。例如，对35CrMnSiNiA钢进行了两种工艺的低温形变淬火，一种是900℃奥氏体化后冷至550℃，进行一次变形量为63%的形变，然后油冷；另一种工艺是900℃奥氏体化后冷至550℃，先进行25%的变形，再入炉在550℃下保温1h，再变形25%，随后又入炉，再在550℃下保温1h，最后进行了13%的变形(累计变形量63%)。结果表明，两种工艺后的强度和塑性相当。

需要指出，低温形变后不一定必须立即淬火。事实上，形变后停留一段时间不但不会影响形变淬火的效果，甚至在形变后将钢件加热到略高于形变温度并在此温度保温，能够进一步提高某些钢的强度和塑性。这是由于形变后的加热和保温可使奥氏体产生晶粒多边化的稳定过程。

5.形变方式

低温形变淬火时，一般棒材、钢带和钢板都采用轧制形变；棒材可用挤压方式；直径<250mm的管材可用旋压；各种锻件可用锤锻和压力机锻压成形；直径<76mm的管材可用爆炸成形；直径<305mm的钢材可用深拉伸。

研究结果表明，低温形变淬火强化效果只与形变温度和形变量有关，而与形变方式无关。

6.形变速度

形变速度对强化效果的影响没有一致的规律，有时表现为随形变速度提高，强度指标下降，有时则相反。当截面较大的工件形变时，由于机械能向热能的转化，心部温度随形变速度提高而迅速增加。由于形变温度提高的作用，强化效果降低。工件截面小时，随着形变速度的增加，工件的温度升高不大，使形变过程基本在恒定温度下进行，从而导致强化效果的提高。

7.形变后的冷却

形变后是否需要立即淬火，取决于钢中过冷奥氏体的稳定程度。在过冷奥氏体相当稳定且不会产生非马氏体组织的前提下，形变后的保温和加热对强化效果影响不大，有时甚至还有正面作用。当过冷奥氏体形变中或形变后分解形成珠光体组织时，强化效果明显下降，分解形成贝氏体组织时，强化效果下降幅度较小。

8.回火温度

钢经低温形变淬火后力学性能的另一特征是有较高的耐回火性，因形变淬火而产生的强化效果可以保持很高的回火温度。

低温形变热处理的工艺参数优化

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