一种具有节能效果的钢材强韧化手段——高温形变热处理

形变热处理是指将压力加工与热处理操作相结合，有效地综合利用形变强化和相变强化的一种工艺方法。其中，高温形变热处理，是将钢加热至稳定奥氏体区，保持一段时间，在该温度下变形，随后立即快冷至一定温度以获得所需组织的综合工艺。高温形变热处理不但能够得到一般加工处理所达不到的高强度、高塑性和高韧性的良好配合，而且还能大大简化钢材或零件的生产流程，从而带来相当好的经济效益。 各种钢材都可进行高温形变热处理，相对于普通淬火，高温形变淬火后经适当温度回火，可将抗拉强度提高10%~30%，塑性提高40%~50%，显著改善钢的综合力学性能；其主要原理是能够使得奥氏体晶粒细化，使随后生成的马氏体晶粒也变得很细。此外，钢件表面留下的较大残余应力，还可极大提高钢的疲劳强度。例如，对25mm厚锰硅钢板采用轧热-淬火的控制轧制，抗拉强度可比重新加热淬火提高70~80MPa。又如，对X18H10T不锈钢棒材采用终轧温度为870℃的轧热淬火，可使屈服强度由260MPa提高到530MPa；抗拉强度由630MPa提高到690MPa。 由于高温形变淬火是在奥氏体状态下进行形变的，所以其形变容易，在一般锻、轧等压力加工条件下都可进行，并可轻松结合到锻造或轧制生产流程中。另外，由于它可将锻造和热处理合二为一，锻造后可直接进行热处理而无需重新加热，从而减少了材料的氧化、脱碳和变形，并可大量节能。此外，高温形变淬火由于不需要另加大功率的设备，降低了设备占用台时和维护费用，且极易在生产上实现，可大大降低企业的运营成本，因此是一种节能效果明显的钢材强韧化手段。生产实践证明，应用轧热淬火生产钢板，不但能显著地改善钢板的力学性能，还可大量节省能源。 从具体应用实例来看，高温形变淬火对弹簧类零件的强化效果显著，不但能增加强度和疲劳极限，也可提高塑性及冲击韧性。对汽车板簧进行奥氏体形变热处理后，可减少片数，缩小尺寸，从而达到减轻重量、节约钢材的目的：板簧重量减轻31%，而寿命延长2~4倍；对弹簧钢55CrMnB来说，经高温形变淬火后，较之普通淬火，抗拉强度提高400MPa以上，断面收缩率提高一倍以上，其疲劳强度也有大幅度提高。对传动零件如齿轮、链轮等进行高温形变淬火，往往可获得比普通热处理高30%左右的强度、耐磨性和弯曲强度。另据报道，对40CrNi钢柴油机连杆进行锻热淬火，和常规热处理相比，抗拉强度由960MPa提高到1323MPa，延伸率由23.4%提高到28.8%，综合力学性能良好，且热处理工效成倍提高，生产质量也稳定可靠。 总之，高温形变热处理已经成为获得高强度高韧性的优良综合性能不可或缺的技术，而且还可节能减排，具有巨大的经济效益。