汽车零件形变热处理特点及类型

2023-08-18 理论教育版权反馈

【摘要】：图9-5a所示为首先将钢材或工件进行完全奥氏体化加热，随后冷却到Ac3～Ac1亚温区保温适当时间，进行形变与淬火处理。

1.低温形变淬火

低温形变淬火是将结构钢零件加热到奥氏体化温度Ac₃以上奥氏体化后，保温适当时间，快速冷却到相变温度以下，并在低于再结晶温度而高于Ms的温度进行轧制、锤锻、挤压、深拉等形变，在该温度内进行一次或多次加工形变，随后迅速进行淬火和回火，以获得高强度马氏体组织的复合热处理工艺，如图9-4所示。它的强化效果好，材料的抗拉强度也比一般的热处理高，事实表明零件的形变量越大，强化效果越显著。可进行该处理的多为中、高合金钢零件，即奥氏体亚稳定钢，它们有较高的淬透性和较宽的亚稳定奥氏体区。

奥氏体化温度、形变温度、形变量以及形变后的停留时间和形变后的再加热、冷却速度等均影响低温形变淬火的效果。

图9-4 钢的低温形变淬火原理

从9-4图中可知，这种方法是在过冷奥氏体稳定性最大的区域内形变后进行淬火的，因此要注意防止形变过程中过冷奥氏体的相变（无贝氏和珠光体的转变)，经过形变淬火后的钢强度得到了提高，塑性好。

低温形变淬火与高温形变淬火相比极大提高了屈服强度和疲劳强度等，由于是在再结晶温度进行的形变，因此不存在因再结晶而降低强度的可能性。该方法的形变量可达70％～90％，通常在400～500℃进行形变处理，晶界严重扭曲，产生了大量的亚晶和位错，因此提高了强度。另外形变过程中析出了许多细小的碳化物，它们沉积于位错周围，起到了钉扎位错的作用，因此大大提高了零件的强度。

低温形变淬火在模具上获得了较为广泛的应用，见表9-9。

表9-9低温形变淬火在模具上的应用实例

（续)

另外低温形变淬火除了在模具上应用外，其在机械零件上也有推广价值。55CrMnA钢制直径为5mm的弹簧钢丝，经过500℃形变淬火处理（形变量为50.5％)和400℃回火处理后，抗拉强度提高了400～500MPa，疲劳强度提高了60～70MPa。W18Cr4V钢车刀，450℃时形变淬火（形变量为10％)，560℃三次高温回火处理，使用寿命提高了1倍。

2.亚温形变淬火（中温形变淬火)

亚温形变淬火是对结构钢在Ac₃～Ac₁温度区间内，进行形变与淬火联合操作的热处理工艺，也称为亚稳奥氏体形变淬火。钢的亚温形变淬火原理如图9-5所示。图9-5a所示为首先将钢材或工件进行完全奥氏体化加热，随后冷却到Ac₃～Ac₁亚温区保温适当时间，进行形变与淬火处理。图9-5b所示为将钢材或工件进行一次完全淬火，再加热到Ac₃～Ac₁亚温区保温，最后进行形变与淬火处理。需要注意的是，后者处理后的组织比前者细小且均匀，形变淬火后获得了更好的力学性能。事实上形变温度越低，铁素体的数量越多，马氏体数量越少。马氏体中碳含量越高，则钢或工件的性能越接近于纤维增强复合材料。

亚温形变淬火可大大改善钢的冷脆性能，即降低冷脆转变温度，故适用于在严寒地区工作的结构件和冷冻设备上零件的热处理。

图9-5 钢的亚温形变淬火原理

注:1.普通热处理是指淬火＋回火处理。

2.低温形变淬火是指低温形变淬火＋回火处理。

3.高温形变淬火

高温形变淬火是将零件加热到奥氏体化温度以上即Ac₃＋30～60℃，保温一定时间后进行形变如轧制、拔丝、模锻、旋压以及挤压等，然后淬火处理的过程，即高于奥氏体再结晶温度进行形变后再发生相变的工艺，如图9-6所示。高温形变淬火后获得了马氏体组织，随后根据零件的性能要求和钢的特性进行回火。碳素钢和合金钢均可进行高温形变淬火，从形变的温度可知此时零件仍处在锻、轧温度，因此它是利用锻、轧余热进行的淬火，故称为形变余热淬火。高温形变淬火的主要优点为:提高钢在高温及低温下的强度和塑性；消除回火脆性；提高热强性和冲击韧度；降低钢的缺口敏感性，改善断裂韧度等。资料介绍，60Si2Mn汽车弹簧钢板在930℃热轧形变量为18％，形变后在60s内淬入20号机械油中冷却，随后在650℃的温度下进行185s的快速回火，强度大大提高，其使用寿命提高10倍。经过高温形变淬火后零件的强度提高10％～30％，塑性提高40％～50％，韧性和硬度也均有提高，见表9-10。