启东市精工热处理厂
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模锻件形变的热处理方法
发布时间: 2017-3-5

南通热处理厂模锻件形变的热处理方法

  在模锻成形过程中,锻件各部分所经受的变形程度、终锻温度和冷却速度等工艺条件是不一致的,因此冷却后,在锻件内部会存在组织不均匀、残余应力和加工硬化等现象。为了保证锻件质量,需要进行热处理。锻件在锻造变形之后、机械加工之前进行的热处理,称为锻件痰赴理;有些锻件在机械加工后,还需要再次进行热处理,称为最终(零件)热处理。通常,锻件热处理是在锻造车间进行的。

  锻件热处理的目的是:调整锻件的硬度,以便于锻件进行后续的机械加工;消除锻件内应力,以免在后续的机械加工时变形;改善锻件内部组织、细化晶粒,为最终热处理做好组织准备;对于不再进行最终热处理的锻件,应保证达到零件规定的力学性能要求。
  锻造变形和热处理紧密结合勤一起,称为形变热处理。形变热处理不但可以缩短生产周期、提高生产率、节约能源,更重要的,是形变热处理具有变形强化和热处理强化的双重作用,可以使锻件获得良好的综合力学性能——高强度和高塑性(韧性),这是单一锻造或单一热处理所不能达到的。所以,形变热处理工艺得到了越来越普遍的应用。
  模锻中常用的形变热处理工艺方法有高温形变淬火和低温形变淬火。
1.低温形变淬火
  将钢加热至奥氏体区保温一定时间,激冷到A1以下(低于奥氏体再结晶温度而高于Ms)的某一中间温度,在此温度进行变形,然后淬火以获得马氏体组织。为了获得良好的综合力学性能,要求钢的过冷奥氏体具有较高的稳定性,一般适用于中、高合金钢。用于要求强度很高的锻件,如飞机起落架、模具、冲头、板簧等。如图6—24所示为低温形变淬火工艺示意图。
(1)强化作用 低温形变淬火加上适当的回火处理,能够使钢在保持塑性几乎不下降的条件下,大幅度地提高钢的屈服极限和抗拉强度。研究结果表明,抗拉强度可提高300~700MPa,甚至达到1000MPa,使锻件获得高强度、高塑性的组合。此外,低温形变淬火还能提高钢在高温下的瞬时抗拉强度。
  低温形变淬火的强化机理有:马氏体的细化;形变奥氏体中的位错等点阵缺陷被马氏体所继承;马氏体中密度很大的位错被碳化物等钉扎固定;奥氏体形变引起合金碳化物有某种程度的析出。
(2)工艺参数奥氏体化温度越低,奥氏体的晶粒越细,碳化物溶解扩散不充分,奥氏体浓度不均匀,这种组织的不均匀性,为以后变形时碳化物的析出和溶质原子向位错集聚提供了有利的条件,从而使强度提高。因此在可能的条件下,应该尽量采用较低的奥氏体化温度。以合金碳化物刚刚溶解,而奥氏体晶粒又不严重粗化为宜。
  变形温度低,强化效果大,但塑性、韧性有所下降。当变形温度过低时,在变形过程中或锻后冷却中形成贝氏体,强化效果显著降低。因此,一般将变形温度选择在亚稳奥氏体足够稳定的温度区间之内。
变形程度大,强化效果显著。一般要求变形程度在60%~70%以上。低温下一次实现大变形是困难的,但是多次进行小变形并伴随中间加热,也可以得到很好的效果。
2.高温形变淬火
  将钢加热至稳定奥氏体区保温一段时间,在该温度进行变形,利用锻后余热直接淬火,获得马氏体组织。图6—25为高温形变淬火工艺示意图。高温形变淬火对材料无特殊要求,各种碳钢、合金结构钢锻件都可以应用,例如连杆、曲轴、叶片、弹簧等;通常的锻造条件都可以实现,容易设置于生产流程中。
(1)强韧化效果 高温形变淬火加上适当的回火处理,可以在提高钢的强度的同时,显著改善钢的塑性与韧性,提高钢的抗脆断能力,从而提高零件在复杂强载荷下工作的可靠性。目前高温形变淬 运火达到的力学性能指标:抗拉强度2100~2700MPa,屈服强度1900~2300MPa,延伸率7%~10%,断面率25%~40%。
  高温形变淬火与低温形变淬火的强化机理有许多相同之处,如马氏体细化、碳化物相的析出、点阵缺陷的继承等。但是,两者变形温度不同,强化机理也有其不同之处。根据研究结果,钢在高温变形时,形变奥氏体所获得的位错,其密度虽然因高温的作用有所减少,但同时却发生位错结构的重新排列一多边化过程。多边化的结果,分散在晶粒内部的杂乱位错大部分消失,代之以稳定性极高的亚晶组织,即由位错墙构成的网络组织;同时,过高的应力集中区域也在位错的热运动中消失。这种网络位错结构以及晶内应力集中去除,是非常理想的组织状态。随即进行淬火而获得马氏体组织,此马氏体组织继承了这种良好的组织而细化,而后再加以适当的回火处理,就可以在提高锻件强度的同时,保持良好的塑性和韧性。而一般的淬火回火处理常会导致塑性的下降。
(2)工艺参数 变形温度在高于A2的稳定奥氏体区。由于变形温度高,形变强化效果低,因此变形温度尽可能低些。一般来说,变形速度不能过小。各种钢在一定的变形温度和变形程度下,存在着对应于最佳强化效果的最佳变形速度。
  变形程度的影响有两种情况:其一,高温形变淬火后的力学性能随变形程度呈线性增减;其二,是在性能一变形程度曲线上出现极值(极大或极小)。对于大多数的钢种,最佳变形程度为25%~40%,继续增大变形程度,强化效果不再增加反而下降。
  变形后到淬火之间的时间间隔会影响锻件的组织和性能。对于碳钢及低合金钢来说,通常要求在变形结束后立即淬火,因为这类钢的位错重新排列比较容易,在热变形过程中就已经完成动态多边化,立即淬火便固定了动态多边化的组织状态,可以获得良好的强度与塑性的组合;但是对于中、高合金钢,变形结束时处于加工硬化状态,为了能较好地进行多边化过程,变形后需要等一段时间再淬火。
  形变淬火后的回火处理,对高强度结构钢锻件,多采用低温回火,以获得回火马氏体组织;对塑性要求高,或在低、高温下工作的锻件,则进行高温回火,以获得回火索氏体组织。
  例如某柴油机40Ct钢连杆生产过程,原生产工艺有十道工序,需要六次加热;采用高温形变淬火工艺(图6—26),简化为六道工序,两次加热,与普通调质处理后的连杆性能比较,强度极限提高2.4%,断面收缩率提高4.5%,延伸率提高11%,冲击韧性提高2%-6%。