《热处理原理与工艺》 课件 10.5 形变热处理

形变热处理第十章其他热处理热处理原理与工艺◆钢的表面淬火◆钢的渗碳◆钢的渗氮◆真空热处理◆形变热处理其他热处理形变热处理形变热处理是将形变强化和相变强化相结合的一种综合强化工艺。轧制、锻造、挤压、拉拔等共析分解、马氏体相变、脱溶等先形变后相变在相变过程中进行形变在某两种相变之间进行形变它利用金属材料在形变过程中组织结构的改变影响相变过程和相变产物，以得到所期望的组织与性能，广泛应用于生产金属板材、带材、管材、丝材以及各种零件如板簧、连杆、叶片、工具、模具等。形变热处理1.

形变对母相的作用

形变使相变前的母相组织结构甚至成分都发生变化，形变后或形变过程中的相变在相变动力学和相变产物的类型、形貌等方面都不同于一般热处理，从而得到良好的性能。当在再结晶温度以上形变（高温形变）时，道次形变量如超过再结晶临界变形量，则母相发生再结晶，晶粒得到细化。若进行多道次形变，则发生多次再结晶，母相的晶粒显著细化；当在再结晶温度以下形变（低温形变）时，母相不发生再结晶，仅产生大量晶体缺陷，或仅发生回复过程，形成多边化亚结构；当形变诱发母相析出第二相时，析出的第二相又与位错交互作用，使母相的成分与结构皆发生变化。

一、形变在热处理中的作用形变热处理

一、形变在热处理中的作用2.

形变对铁素体-珠光体型相变的作用

形变后发生了再结晶的细奥氏体晶粒，可使冷却转变后的铁素体也得到相应细化。

形变后未发生再结晶的奥氏体，含有大量晶体缺陷，可以为铁素体的转变提供大量形核位置，并使铁素体形核的热激活过程更容易进行。

因此，上述两者均可使转变后的铁素体晶粒细化。此外，形变的奥氏体加速扩散过程，从而加速铁素体转变速度，提高铁素体形成的温度。形变热处理

一、形变在热处理中的作用3.

形变对淬火时马氏体、贝氏体转变的作用

再结晶的奥氏体仅能细化所转变的马氏体或贝氏体组织，而形变未再结晶的奥氏体对马氏体和贝氏体转变的作用却是多方面的：1）奥氏体含有大量晶体缺陷，阻碍马氏体、贝氏体晶体长大，使组织细化。2）奥氏体中的缺陷被马氏体或贝氏体继承，位错密度提高。3）形变诱发析出第二相降低奥氏体中碳和合金元素的含量，减少孪晶马氏体，增多板条状马氏体的数量。4）形变诱发析出的第二相质点钉扎了奥氏体已有的可动位错，进一步形变时会促进奥氏体增殖出大量新位错，提高转变后的马氏体或贝氏体的位错密度。5）高位错密度的马氏体在回火后得到的回火马氏体中碳化物质点更细小，分布更均匀。马氏体组织的细化、孪晶马氏体的减少以及回火时均匀的碳化物分布，都是形变淬火钢韧性好的原因。形变热处理

一、形变在热处理中的作用4.形变诱发马氏体相变在Ms点以上一定温度范围内进行形变，会促使奥氏体在形变温度下发生马氏体转变，这种因形变而促成的马氏体称为“形变诱发马氏体”。产生形变诱发马氏体的温度最高上限称为形变诱发马氏体开始转变点，用Md表示。Md温度高于Ms温度，即在Md~Ms温度范围内通过形变就能诱发奥氏体发生马氏体相变。

形变诱发马氏体可提高钢的强度，更重要的是，在奥氏体基体中的应力集中会由于形变诱发马氏体而得以弛豫，从而避免微裂纹的产生与扩展，提高钢的塑性。形变热处理

一、形变在热处理中的作用形变热处理的优点：形变热处理是在Ms点以上温度经塑性变形后，立即利用余热进行热处理，达到形变强化与相变强化的双层强化的效果，得到比单一强化更高力学性能的一种热处理工艺；节省工序，减少能源消耗，减少钢材的热处理缺陷，提高零件的产品性能；与普通热处理相比，形变热处理可使金属材料达到更好的强度与韧性配合；有些钢，特别是微合金化钢，唯有釆用形变热处理才能充分发挥钢中合金元素的作用，得到强度高、塑性好的性能；应用范围很广，各种钢和有色金属均可进行形变热处理。形变热处理二、形变热处理的分类a）高温形变淬火b）高温形变正火c）高温形变等温淬火d）低温形变淬火e）低温形变等温淬火f）相变中形变的形变热处理g）珠光体的冷形变h）珠光体的温加工i）回火马氏体的时效形变热处理二、形变热处理的分类1.

相变前形变的形变热处理（1）高温形变热处理高温形变淬火是将钢加热至奥氏体稳定区进行形变，随后淬火获得马氏体组织，包括锻后余热淬火、热轧淬火等。一般高温形变淬火可使强度提高10%~30%时，塑性提高40%~50%，冲击韧性成倍增长。高温形变正火的加热和形变条件与高温形变淬火相同，但随后采取空冷或控制冷却获得铁素体+珠光体或贝氏体组织，这种工艺又叫“控制轧制”。这种工艺可显著提高钢的强韧性，大大降低钢的韧脆转化温度。高温形变等温淬火是采用与前两者相同的加热和形变条件，但随后在贝氏体区等温，获得贝氏体组织。这种等温贝氏体组织被明显细化，并继承了高温形变热处理形成的位错，其性能比普通贝氏体要优越得多。形变热处理二、形变热处理的分类1.

相变前形变的形变热处理（2）低温形变热处理低温形变淬火是将钢奥氏体化后快速冷却至亚稳奥氏体区，在具有最长转变孕育期的温度（500~600℃）进行形变，然后淬火获得马氏体组织。这种热处理在保证一定塑性的条件下，大幅度地提高强度，适用于强度要求很高的零件，如火箭壳体、飞机起落架、炮弹壳、模具和冲头等。低温形变等温淬火是采用与上者相同的加热和形变条件，随后在贝氏体区进行等温淬火，获得贝氏体组织。采用这种工艺可以得到塑性较高的钢，适用于热作模具及高强度钢制造的小零件。形变热处理二、形变热处理的分类2.

相变中形变的形变热处理（1）等温形变热处理等温形变热处理是将钢加热到Ac3温度以上奥氏体化，然后迅速冷却至Ac1以下亚稳奥氏体区，在某一温度同时进行形变和相变（等温转变）的工艺。根据形变和相变温度的不同，等温形变热处理可分为获得珠光体的等温形变处理和获得贝氏体的等温形变处理。前者在提高强度方面的效果并不显著，但可大大提高冲击韧性，降低韧脆转变温度。后者在提高强度方面的效果要比前者显著得多，而塑性却与之相近，主要适用于通常进行等温淬火的轴、小齿轮、弹簧、链结等小零件。形变热处理二、形变热处理的分类2.

相变中形变的形变热处理（2）马氏体相变过程中的形变热处理利用钢中奥氏体在Md~Ms之间形变诱发马氏体而获得强化。这种工艺也可以在室温诱发马氏体形变，利用相变诱发塑性（TransformationInducedPlasticity，简称TRIP）现象使钢件在使用中不断发生马氏体转变，从而兼有高强度和超塑性。具有这种特性的钢被称为变塑钢。

这种钢一般在成分设计上保证了其在经过特定的加工处理后Ms点低于室温，Md点高于室温，这样钢在室温使用时才可具备本种特性。形变热处理二、形变热处理的分类3.

相变后形变的形变热处理（1）珠光体的冷形变。钢丝坯料经过奥氏体化后，通过铅浴等温分解得到细密而均匀的珠光体组织，随后进行冷拔。铅浴温度越低，冷拉变形量越大，冷拔钢丝的强度就越高。（2）珠光体的温加工。加工珠光体轴承钢时，将退火钢加热至700~750℃进行形变，然后慢速冷却至600℃后出炉。这种工艺比普通球化退火要快15~20倍，且球化效果更好。（3）回火马氏体的时效。在形变后进行最终的低温回火，则更有利于ε碳化物的产生，使回火后钢的屈服强度进一步增高。但如果继续提高回火温度，将会由于碳化物的沉淀、聚集长大以及α铁素体的回复而导致强化效果的减弱。形变热处理二、形变热处理的分类4.

表面形变热处理（1）表面高温形变淬火。将工件表面加热奥氏体化，并在高温下用滚压法使钢表面层产生形变，然后施行淬火的方法。可以显著提高抗磨零件的疲劳强度和耐磨性，并提高使用寿命。（2）预冷表面高温形变热处理。钢件先施行1000~3000kN压力的预冷变形，然后再进行表面形变淬火，也能发挥冷变形的遗传作用，得到较好的强化效果。（3）表面形变时效。喷丸或滚压表面强化后，再进行低温回火，可使钢件的疲劳强度进一步提高。形变热处理二、形变热处理的分类5.形变化学热处理22CrNiMo钢渗碳层深度和形变量的关系