形變熱處理.doc

摘要：形變熱處理是形變強(qiáng)化和相變強(qiáng)化相結(jié)合的一種綜合強(qiáng)化工藝，通過(guò)利用金屬材料在形變過(guò)程中組織結(jié)構(gòu)的改變，影響相變過(guò)程和相變產(chǎn)物，以得到所期望的組織與性能。形變熱處理通過(guò)使鋼的母相發(fā)生如下變化：在再結(jié)晶溫度以上形變，道次形變量如超過(guò)再結(jié)晶臨界變形量，則母相發(fā)生動(dòng)態(tài)或靜態(tài)的再結(jié)晶，使晶粒得到細(xì)化；如進(jìn)行多道次形變,則發(fā)生多次再結(jié)晶,母相的晶粒顯著細(xì)化；在材料的再結(jié)晶溫度以下形變，母相不發(fā)生再結(jié)晶，而產(chǎn)生大量晶體缺陷，或僅發(fā)生回復(fù)過(guò)程，形成多邊化亞結(jié)構(gòu)；形變誘發(fā)第二相由母相中析出，析出的第二相又與位錯(cuò)交互作用，使母相的成分與結(jié)構(gòu)皆發(fā)生變化，達(dá)到形變強(qiáng)化和相變強(qiáng)化的目的。關(guān)鍵字： 回復(fù) 再結(jié)晶 晶體缺陷 位錯(cuò) 第二相正文形變熱處理由于將金屬材料的成形與獲得材料的最終性能結(jié)合在一起，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)過(guò)程，節(jié)約能源消耗及設(shè)備投資，同時(shí)與普通熱處理比較，形變熱處理后金屬材料能達(dá)到更好的強(qiáng)度與韌性相配合的機(jī)械性能。有些鋼特別是微合金化鋼，唯有采用形變熱處理才能充分發(fā)揮鋼中合金元素的作用,得到強(qiáng)度高、塑性好的性能。例如09MnNb鋼正常軋制后屈服強(qiáng)度（s）為39kgf/mm2，-40梅氏（Mesnager）沖擊值(K)為0.63kgfm/cm2；經(jīng)正火后，-40的K可提高到68kgfm/cm2,而s下降5kgf/mm2；如采用控制軋制（形變熱處理工藝之一），強(qiáng)度與韌性都可進(jìn)一步提高：s約45kgf/mm2,-40的K可達(dá)612kgfm/cm2。 正是由于這樣的原因，形變熱處理已廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)金屬與合金的板材、帶材、管材、絲材，和各種零件如板簧、連桿、葉片、工具、模具等。 1.形變熱處理工藝中的塑性變形形變熱處理工藝中的塑性變形（范性形變），可以用軋、鍛、擠壓、拉拔等各種形式；與其相配合的相變有共析分解、馬氏體相變、脫溶等。形變與相變的順序也多種多樣：有先形變后相變；在相變過(guò)程中進(jìn)行形變；也可在某兩種相變之間進(jìn)行形變。 較普遍采用形變熱處理工藝如附表中所示。2.形變對(duì)母相的作用2.1對(duì)鐵素體珠光體型相變的作用 形變后產(chǎn)生了再結(jié)晶的細(xì)奧氏體晶粒，使冷卻轉(zhuǎn)變后的鐵素體也相應(yīng)得到細(xì)化。形變后未發(fā)生再結(jié)晶的奧氏體中的大量晶體缺陷，為此后鐵素體的轉(zhuǎn)變提供了大量形核位置，并使鐵素體形核的熱激活過(guò)程更容易進(jìn)行，這兩者使轉(zhuǎn)變后的鐵素體晶粒細(xì)化;此外形變的奧氏體有加速擴(kuò)散過(guò)程,加速鐵素體轉(zhuǎn)變速度，提高鐵素體形成的溫度等作用（見(jiàn)表中類型2)。 如果在奧氏體中存在有形變誘發(fā)析出的第二相，則對(duì)細(xì)化鐵素體晶粒更為有效。低碳,含有微量(0.01)的Nb、V、 Ti合金元素的微合金化鋼，就屬于這類情況。形變使奧氏體產(chǎn)生多邊化亞晶，在奧氏體晶界堆積較多的位錯(cuò)，形變又誘發(fā)析出Nb（CN）或其他合金元素的碳、氮化物。細(xì)小的第二相首先在奧氏體晶界處及亞晶界上析出，并釘扎亞晶界及晶界，使亞晶的長(zhǎng)大和晶界的遷移都受到阻礙，造成奧氏體再結(jié)晶核心難以在該處產(chǎn)生，即使產(chǎn)生了也不易長(zhǎng)大，從而抑制了奧氏體再結(jié)晶的發(fā)生。只有給予更大變形量，進(jìn)一步提高再結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力時(shí)，才會(huì)發(fā)生再結(jié)晶，結(jié)果，使再結(jié)晶后的奧氏體晶粒比普通低碳鋼細(xì)小。大約在950以下,形變誘發(fā)析出的第二相，能完全阻止奧氏體發(fā)生再結(jié)晶，這樣就相對(duì)地?cái)U(kuò)大了奧氏體未再結(jié)晶的溫度范圍，有利于增大未再結(jié)晶區(qū)的形變量，使奧氏體產(chǎn)生更大量的晶體缺陷。在奧氏體再結(jié)晶區(qū)及未再結(jié)晶區(qū)連續(xù)變形，得到的是細(xì)小的奧氏體晶粒及高密度的晶體缺陷。這樣的奧氏體轉(zhuǎn)變后形成的鐵素體晶粒細(xì)小而均勻，生產(chǎn)上可得到 5直徑的鐵素體。 僅就晶粒細(xì)化這一項(xiàng)，就使鋼的屈服強(qiáng)度提高1015kgf/mm2，同時(shí)提高鋼的低溫韌性,使韌性脆性轉(zhuǎn)變溫度下降到70。鐵素體晶粒的細(xì)化還可以抵銷由于相間沉淀及鐵素體中析出的第二相所造成的脆性，保留其沉淀強(qiáng)化作用，在具有良好低溫韌性的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高鋼的屈服強(qiáng)度。 2.2對(duì)淬火時(shí)馬氏體、貝氏體相變的作用再結(jié)晶的奧氏體僅能細(xì)化所轉(zhuǎn)變的馬氏體或貝氏體組織。形變而未再結(jié)晶的奧氏體，對(duì)淬火時(shí)的馬氏體和貝氏體轉(zhuǎn)變的作用卻是多方面的（見(jiàn)附表中類型1、3、5 ）。奧氏體中的大量晶體缺陷使以共格方式長(zhǎng)大的馬氏體、貝氏體晶體長(zhǎng)大受阻，使轉(zhuǎn)變后的組織得到細(xì)化。奧氏體中的晶體缺陷可被其轉(zhuǎn)變的馬氏體、貝氏體所繼承，使轉(zhuǎn)變后的馬氏體或貝氏體組織的位錯(cuò)密度高于一般熱處理形成的馬氏體和貝氏體的位錯(cuò)密度。當(dāng)奧氏體在形變過(guò)程產(chǎn)生形變誘發(fā)第二相析出時(shí)，這種現(xiàn)象尤為突出。形變誘發(fā)析出的第二相質(zhì)點(diǎn)，釘扎了奧氏體已有的可動(dòng)位錯(cuò)；在進(jìn)一步形變時(shí)，促進(jìn)奧氏體增殖大量新的位錯(cuò)，大大增加奧氏體中的位錯(cuò)密度，相應(yīng)地增加轉(zhuǎn)變后的馬氏體的位錯(cuò)密度。馬氏體、貝氏體中位錯(cuò)密度提高，是形變淬火得以提高鋼的強(qiáng)度的主要原因。這樣的馬氏體組織在回火時(shí)，由于位錯(cuò)密度高，為碳化物提供了大量形核位置，結(jié)果使回火馬氏體中的碳化物質(zhì)點(diǎn)更細(xì)小，分布更均勻。形變誘發(fā)由奧氏體中析出第二相，降低奧氏體中碳和合金的含量，有利于減少孿晶馬氏體，增多板條狀馬氏體的數(shù)量。馬氏體組織的細(xì)化、孿晶馬氏體的減少，以及回火時(shí)均勻的碳化物分布，是形變淬火鋼韌性好的原因。奧氏體形變中形成的亞晶粒，比較穩(wěn)定，不僅可為直接形成的馬氏體所繼承,還能遺傳給重新加熱淬火,再次形成的馬氏體組織，使形變淬火后再加熱淬火的鋼的強(qiáng)度仍高于一般淬火鋼。形變奧氏體除可以細(xì)化所轉(zhuǎn)變的貝氏體外，還能改變轉(zhuǎn)變的貝氏體組織類型。低碳貝氏體鋼未形變的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)樯县愂象w組織，形變的奧氏體則轉(zhuǎn)變?yōu)轭w粒狀貝氏體組織，這種組織的塑性、韌性比上貝氏體要好。 2.3形變誘發(fā)馬氏體相變 在MsMd溫度范圍內(nèi)形變能誘發(fā)奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體,而在Ms溫度以上就發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。Md稱為形變誘發(fā)馬氏體開(kāi)始轉(zhuǎn)變點(diǎn)。形變誘發(fā)馬氏體可提高鋼的強(qiáng)度，更重要的是，在奧氏體基體中的應(yīng)力集中，由于形變誘發(fā)馬氏體的產(chǎn)生而得以弛豫，避免微裂紋的產(chǎn)生與擴(kuò)展，提高鋼的塑性（見(jiàn)表中類型5）。 上述奧氏體的形變對(duì)相變的作用的規(guī)律對(duì)于其他合金也基本適用。 3.工藝參數(shù)的確定 實(shí)際應(yīng)用形變熱處理工藝時(shí)，不僅要結(jié)合材料的成分與性能要求，確定形變后的熱處理工藝參數(shù)，更重要的是要根據(jù)母相形變后的組織結(jié)構(gòu)及其對(duì)相變和相變產(chǎn)物的作