形变热处理方法、特点和应用

原 理

形变热处理是将塑性变形和热处理结合(合理地综合运用形变强化与相变强化)，以提高工件的力学性能的复合工艺

其原理是用形变的方法给金属中引进大量的位错^①，再用热处理方法将这些位错牢固地钉扎起来，使金属得到包含大量难于移动的位错的相当稳定的组织状态，从而达到更高的强度及塑性(韧性)

名称

操  作

特  点

应  用

将钢加热至奥氏体状态保持一定时间，急速冷却至A_c1以下(低于奥氏体再结晶温度)而高于M_s的某一中间温度，进行形变然后淬火得到马氏体组织的综合处理工艺称为亚稳奥氏体形变淬火或低温形变淬火

与普通淬火处理相比：①低温形变淬火能在塑性基本保持不变的情况下提高抗拉强度300～700MPa，有时甚至能提高1000MPa。例如，VascoMA钢经普通热处理后抗拉强度为2200MPa，屈服强度为1950MPa，断后伸长率为8%，低温形变淬火处理后则分别达到3200MPa、2900MPa和8%。②能提高其高温力学性能，从下图可见，低温形变淬火钢在593℃下的抗拉强度比普通淬火钢在482℃下的抗拉强度还高，在538℃的高温抗拉强度与普通淬火钢的常温抗拉强度相当。③低温形变淬火对钢的冲击性能的影响规律尚无统一认识。④适当规范低温形变淬火可适当提高结构钢的疲劳性能

高强度零件，如飞机起落架、火箭蒙皮、高速钢刀具、模具、板簧、炮弹及穿甲弹壳

低 温 形 变 热 处 理

                             低 温 形 变 淬 火

低温形变淬火钢的力学性能

钢   种

低温形变淬火

抗拉强度σ_b/MPa

屈服强度σ_0.2/MPa

断后伸长率δ/%

形变温度/℃

形变量(体积分数)/%

回火温

度/℃

低温形

变淬火

普通

热处理

低温形

变淬火

普通

热处理

低温形

变淬火

普通

热处理

VascoMA

590

91

570

3200

2200

2900

1950

8

8

V63(0.63C-3Cr-1.6Ni-1.5Si)

540

90

100

3200

2250

2250

1700

8

1

V48(0.48C-3Cr-1.6Ni-1.5Si)

540

90

100

3100

2400

2100

1550

9

5

D6A

590

71

—

3100

2100

2300

1650

6

10

A41(0.41C-2Cr-1Ni-1.5Si)

540

93

370

3750

—

2750

1800

—

—

A47(0.47C-2Cr-1Ni-1.5Si)

540

93

315

3750

—

2750

1900

—

—

H11

500

91

540

2700

2000

2450

1550

9

10

Halcomb 218

480

50

—

2700

2000

2100

1600

9

4.5

B12(0.4C-5Ni-1.5Cr-1.5Si)

540

75

—

2700

2200

1950

1750

7.5

2

LabelleHT

480

65

—

2600

1900

2450

1700

5

6

A31(0.31C-2Cr-1Ni-1.5Si)

540

93

370

2600

—

2600

1600

—

—

A26

540

75

—

2600

2100

1900

1800

9

0

SuperTricent

480

65

—

2400

2200

2100

1800

10

6

AISI4340

840

71

100

2200

1900

1700

1600

10

10

12Cr不锈钢

430

57

—

1700

—

1400

—

13

—

12Cr-2Ni

550

80

430

1650

1280

1400

1000

15

21

12Cr-85Ni-0.3C

310

90

—

—

—

1800

420

—

—

24Ni-0.38C

100

79

150

—

—

1750

1350

—

—

25Ni-0.005C

260

79

—

—

—

980

840

—

—

34CrNi4

—

85

—

—

—

2880

2970

12

2

40CrSiNiWV

—

85

—

2760

2000

2260

1660

5.9

5.5

40CrMnSiNiMoV

—

85

—

2800

2110

2250

1840

7.1

8.0

En30B

450

46

250

1820

1520

1340

1070

16

18

各种处理方式对不同碳含量的

Cr5Mo2SiV钢冲击韧度的影响

钢的疲劳比(σ_-1/σ_b)与抗拉强度σ_b之间的关系

H-11钢低温形变淬火和普通淬火、

回火的应力-循环曲线

名 称

操 作

特 点

应 用

低温形变等温淬火

钢在奥氏体化后急冷至最大转变孕育区(500～600℃)，施行形变后在贝氏体区等温淬火

在保持较高韧性的前提下，提高强度至2300～2400MPa

热作模具

等温形变淬火

在等温淬火的奥氏体-珠光体或奥氏体-贝氏体转变过程中形变

提高强度，显著提高珠光体转变产物的冲击韧性

适合于等温淬火的小零件，如小轴、小模数齿轮、垫片、弹簧、链节等

连续冷却形变处理

在奥氏体连续冷却转变过程中施行形变

可实现强度与韧性的良好配合

适用于小型精密耐磨、抗疲劳件

诱发马氏体的低温形变

对奥氏体钢施行室温或更低温度的形变(一般为轧制)，然后时效

在保证韧性的前提下提高强度

18-8型不锈钢，PH15-7Mo过渡型不锈钢以及TRIP钢

珠光体低温转变

钢丝奥氏体化后在铅浴或盐浴中等温淬火得到细珠光体组织，再施行超过80%形变量的拔丝

使珠光体组织细化、晶粒畸变。冷硬化显著提高强度

制造钢琴丝和钢缆丝

马氏体(回火马氏体、贝氏体)形变时效

对钢在回火马氏体或贝氏体态施行室温形变，最后200℃回火

使屈服强度提高3倍，冷脆温度下降

低碳钢淬成马氏体，室温下形变，最后回火

预形变热处理

钢材室温形变强化，中间软化退火，然后快速淬火、回火

提高强度及韧性，省略预备热处理工序

适用于形状复杂、切削量大的高强钢零件

晶粒多边化强化

钢材于室温或较高温度施行小形变量(05%～10%)形变，于再结晶温度加热，使晶粒成稳定多边化组织

提高高温持久强度和蠕变抗力

锅炉紧固件、汽轮机或燃气轮机零件

名称

项目

低温形变淬火

高温形变淬火

项 目

低温形变淬火

高温形变淬火

低温形变热处理

高温形变淬火与低温形变淬火的比较

对钢材要求

过冷奥氏体需有较高稳定性

无特殊要求

显微组织特征

缺陷(位错)密度大但稳定性较小，多均匀分布在晶内

缺陷密度小但稳定性较大，可按多边化机构形成网络式位错结构

只适用于中、高合金钢

碳钢、低合金钢亦可

在形变设备能力许可下对载荷无尺寸要求

适用较小截面零件及型材，截面过大则形变时因内热而引起再结晶，影响强化效果

晶界结构无特殊变化

晶界常呈锯齿状

强

化

因

素

马氏体细化

程度较大

程度较小

碳化物析出

存在

存在

高温形变热处理

特

性

形变温度

＜A_c1的亚稳奥氏体区域，通常在奥氏体再结晶温度以下，原子扩散及缺陷运动较慢

＞A_c3的稳定奥氏体区域，通常在奥氏体再结晶温度之上，原子扩散及缺陷运动较快

点阵缺陷及其结构

密度较大

密度较小

均匀分布在晶内

大部分以多边化方式构成亚晶界

稳定性较小

稳定性较大

形变前的预冷

奥氏体化后需在特殊设备中快速预冷至形变温度

不需要特殊预冷设备，奥氏体化后可在空气中冷却至形变温度

晶界状态

难形成锯齿状晶界

可形成锯齿状晶界

强

韧

化

效

果

强度

提高较多

提高较少

有效强化时的形变量

一般大于60%，常为75%～90%

一般较小，为20%～50%

塑性

变化不大或略有降低

改善较多

形变速度

对形变速度没有限制，在过冷奥氏体稳定区内可以尽量减小形变速度

形变速度不能过小，否则再结晶现象严重

韧性

略有增减

提高较显著

冷脆性

脆性转变温度变化不大

脆性转变温度下降

可逆回火脆

略有抑制

消除可逆回火脆

形变设备及工艺安排

形变抗力高，需能力较大的压力加工

设备

形变抗力小，普通压力加工设备即可满足要求

不可逆回火脆

无甚影响

减弱不可逆回火脆

断裂韧度

尚无定论

显著提高

脆断强度

影响不大

显著提高

需要设计专门的生产流程

可在压力加工生产线中直接插入淬火、回火工序

缺口敏感性

影响不大

显著提高

疲劳性能

提高较少

提高较多

热强性

多数情况使之降低

可提高短期热强性

名称

操作

特点

应用

高 温 形 变 热 处 理

高温形变淬火

将钢加热至稳定奥氏体区保持一段时间，在该温度下形变，随后进行淬火以获得马氏体组织的综合处理工艺称为稳定奥氏体形变淬火或高温形变淬火。例如，精确控制终锻和终轧温度，利用锻、轧余热直接淬火，然后回火

高温形变淬火辅以适当温度的回火能有效地改善钢材的性能组合，即在提高强度的同时，大大改善其塑性和韧性。如高温形变淬火可提高钢材的裂纹扩散功、冲击疲劳抗力、断裂韧度、疲劳破断抗力、延迟破断裂纹扩展抗力、磨损抗力、接触疲劳抗力(尤其是在超载区)等，从而增加钢件使用的可靠性

它还可降低钢材脆性转变温度及缺口敏感性，在低温破断时呈韧性断口

它对钢材无特殊要求，一般碳钢、低合金钢均可应用

它的形变温度高，形变抗力小，因而在一般压力加工(轧、锻)条件下即可采用，并且极易安插在轧制或锻造生产流程之中与低温形变淬火相比，高温形变淬火的缺点有:因形变通常是在奥氏体再结晶温度以上的范围内进行的，因而强化程度一般不如低温形变淬火的大；这种工艺适宜在截面较小的材料上进行，否则会因产生大量内热而使再结晶发展，严重影响强化效果

提高强度10%～30%；改善韧性、疲劳抗力、回火脆性、低温脆性和缺口敏感性

高温形变淬火由于能使钢材得到较高的强韧化组合效果以及工艺上极易进行，近年来发展得非常迅速，甚至具有比低温形变淬火更为广阔的前途

适用于加工量不大的碳钢和合金结构钢零件，如连杆、曲柄、叶片、弹簧、农机具及枪炮零件

高温形变淬火钢的力学性能

钢  种

高温形变热处理工艺

σ_b/MPa

σ_s/MPa

δ/%

形变量

/%

形变温

度/℃

回火温

度/℃

高温形

变淬火

普通

淬火

高温形

变淬火

普通

淬火

高温形

变淬火

普通

淬火

50CrNi4Mo

90

900

100

2700

2400

1900

1750

9

6

50Si2W

50

900

250

2610

2230

2360

1980

6

4

55Si2MoV

50

900

250

2580

2300

2330

2080

6

5

60Si2Ni3

50

950

200

2800

2250

2230

1930

7

5

M75(俄钢轨钢)

35

1000

350

1750

1300

1500

800

6.5

4

Mn13

45

1050

—

1150

1040

430

447

53.3

53.3

45CrMnSiMoV

50

900

315

2100

1875

—

—

8.5

7

20

20

—

200

1400

1000

1150

850

6

4.5

20Si2

40

—

200

1350

1100

1000

800

11

5

40

40

—

200

2100

1920

1800

1540

5

5

40Si2

40

—

200

2280

1970

1750

1400

8

3

60

20

—

200

2330

2060

2200

1500

3.5

2.5

Q235(A3，Cr3)

30

940

—

690

—

635

350

—

—

45CrMnSiNiWTi

40

800～820

100

2410

2100

2160

2000

5

4

20CrMnSiWTi

50

800

—

1760

1520

1560

1340

7.8

8.3

45CrNi

50

950

250

1970

1740

—

—

8.2

4.5

18CrNiW

60

900

100

1450

1150

—

—

—

—

AISI，SAE4340

40

845

95

2250

2230

1690

1470

10

9

55CrMnB

25

900

200

2400

1800

2100

—

4.5

1

40Cr2Ni4SiMo

60

—

—

2500

2000

1900

1350

13

8

47Cr8

75

—

200

2420

1650

2200

1520

8

3.5

55Si2

15～20

—

300

2220

1820

2010

1750

—

—

50SiMn

15～20

—

300

2040

1750

1760

1540

—

—

40CrSiNiWV

85

—

200

2370

2000

2150

1660

8.1

5.9

40Cr2NiSiMoV

95

—

200

2300

1910

2140

1590

9.1

6.4

40CrMnSiNiMoV

85

—

200

2200

1960

1750

1530

10.5

8.3

55Cr5NiSiMoV

85

—

250

2280

2110

1990

1840

9.0

7.1

名称

操  作

特  点

应  用

                          高温形变热处理

锻热淬火

锻热淬火是在热锻成形后立即淬火，以获得淬火组织的一种将锻造和淬火结合在一起的工艺方法，也叫锻造余热淬火。是一种奥氏体化及形变温度较高(一般在1050～1250℃)的典型高温形变热处理工艺

普通淬火在强度、硬度上升的同时总是伴随着塑性及韧性的下降，但锻热淬火却能得到较高的力学性能的组合，使锻热淬火钢具有优良的拉伸、冲击和疲劳性能。锻热淬火钢的高硬度一直保持到600℃回火以前，其回火抗力很高。以550℃回火为例，锻热淬火可提高硬度135%，抗拉强度8%，断后伸长率15%、冲击韧度23%。在同等强度(或硬度)下，锻热淬火钢具有优越的冲击韧性和疲劳性能。同时由于它利用锻后余热还节省了热处理(正火加调质)的重新加热

采用锻热淬火后，可用低价的碳钢代替高价的合金钢，它既能降低热处理成本，减少材料费用，又能确保得到强韧的锻件

力学性能

零件

名称

工艺

力学性能

零件

名称

工艺

力学性能

σ_b/

MPa

σ_s/

MPa

δ/

%

ψ/

%

a_k/

J·cm^-2

硬度

σ_b/

MPa

σ_s/

MPa

δ/

%

ψ/

%

a_k/

J·cm^-2

硬度

农机耙片

(65Mn)

锻热淬火

—

113

49HRC

S195

连杆

(45)

锻热淬火

1000

—

13.6

48.8

67

302HBS

普通淬火

—

119.6

49HRC

普通淬火

841

—

19.6

64

113

294HBS

4115

连杆

(45)

锻热淬火

820

46

102

260HRC

锻热淬火

942

829

13.6

61

125

27.8HBS

普通淬火

770

63

123

221HRC

普通淬火

867

708

21.6

58.1

123

24.4HBS

拖拉机接

片(45)

锻热淬火

880

16

47

56

—

K701

拖拉机

连杆(45)

锻热淬火

1000

—

13.7

44.3

130

290HBS

普通淬火

790

17

43

58

—

普通淬火

745

—

17.2

61

84

280HBS

拖拉机转

向臂(45)

锻热淬火

—

—

—

100

255HRC

K701拖

拉机吊物

(40Cr)

锻热淬火

1130

—

10.7

37.1

88

327HBS

普通淬火

—

—

—

105

—

普通淬火

1002

—

9.6

45.2

57

235HBS

拖拉机立

直落管

(45)

锻热淬火

785

690

22.5

41

—

22HRC

135柴油机连杆

(40Cr)

锻热淬火

830

—

21

68

175

250HBS

普通淬火

840

660

15

32

—

25HRC

普通淬火

770

—

19

66

160

235HBS

拖拉机主

动升降臂

(45)

锻热淬火

925

778

10.0

42

70

23HRC

高强

螺母

(20CrMn)

锻热淬火

868

769

24.0

74.3

—

247HBS

普通淬火

830

635

30.0

57

120

21HRC

普通淬火

727

655

22

73.2

—

210HBS

拖拉机转

向节半轴

(45)

锻热淬火

770

680

23

62

92

—

履带链板

(40Mn)

锻热淬火

870

780

2.0

—

89

268HBS

普通淬火

—

—

—

—

110

—

普通淬火

800

620

21.8

—

85

246HBS

拖拉机转

向臂轴

(45)

锻热淬火

860

705

15

20.5

—

18HRC

汽车第一

轴凸缘

(45)

锻热淬火

846

—

—

—

106

264HBS

普通淬火

755

720

24

59

—

14HRC

普通淬火

817

—

—

—

106

225HBS

545C

(45)

钢

回火

温度

/℃

抗拉强度/MPa

断后伸长率/%

冲击韧度/J·cm^-2

硬度 HRC

锻热

淬火

普通

淬火

差值

增加

率/%

锻热

淬火

普通

淬火

差值

增加

率/%

锻热

淬火

普通

淬火

差值

增加

率/%

锻热

淬火

普通

淬火

差值

增加

率/%

500

960

900

60

6.7

8.5

6.1

2.4

39

96

82

14

17

35.2

31.0

4.2

13.5

550

930

855

75

8.8

9.2

8.0

1.2

15

145

118

27

23

34.0

30.0

4.0

13.3

600

770

725

45

6.2

11.2

9.0

2.2

24.4

160

146

14

9.6

31.0

27.2

3.8

14.0

650

750

705

45

6.4

12.0

11.0

1.0

9.1

180

162

18

11.1

26.6

25.6

1.0

3.9

700

645

610

35

5.7

16.0

12.0

4.0

33

195

180

15

8.3

25.8

25.2

0.6

2.4

是将钢材的轧制与热处理相结合的一种高温形变热处理工艺，它在组织性能及强韧化机理方面，与锻热淬火一样，均服从一般高温形变淬火的规律。是与锻热淬火相似的方法，各种板材、带材、棒材和管材都可以用此法处理

化学成分(质量分数)/%

钢号

成分

序号

C

Mn

Si

S

P

Cr

Ni

Cu

轧后淬火的冷却制度

板厚

/mm

终轧温度

/℃

淬火温度

/℃

耗水量/m³·h^-1

钢板移

动速度

/m·s^-1

上喷水管

下喷水管

10XHCД

1

0.10

0.59

0.97

0.015

0.024

0.73

0.52

0.57

8

890～950

800～860

715～780

1400～1665

0.75

2

0.12

0.79

0.98

0.020

0.029

0.81

0.52

0.44

10～12

980～1010

920～960

715～865

1350～1650

0.50

3

0.08

0.63

0.85

0.028

0.010

0.62

0.55

0.48

16～20

960～1060

940～1000

715～920

1300～1900

0.25

4

0.11

0.72

0.94

0.011

0.015

0.64

0.59

0.53

25～40

1010～1100

950～1050

950～1200

2000～2700

0.25

CT3

1

0.18

0.57

0.26

0.031

0.035

0.10

0.08

0.06

标准力学性能

钢板

σ_b/

MPa

σ_s/

MPa

δ/

%

a_k(-40℃)

/J·cm^-2

2

0.19

0.57

0.26

0.030

0.008

0.06

0.06

0.08

3

0.19

0.48

0.20

0.036

0.008

0.08

0.08

0.05

CT3 ГОСТ380—1960

440～470

240

25

50

4

0.17

0.50

0.23

0.040

0.006

0.08

0.09

0.08

10ХНСДГОСТ5038—1965

540

400

—

50

高温形变热处理

                                                                         轧热淬火(或称控制轧)

力学性能

10ХНСД

(俄罗斯钢号，相当于我国10CrNi

SiCu)

成分

序号

板厚

/mm

钢板处理状态

σ_b/

MPa

σ_s/

MPa

δ/

%

ψ/%

a_k(时效前)

/J·cm^-2

a_k(时效后)

/J·cm^-2

1

10

淬火机上快冷

820～990

720～840

12～19

—

30～35

35～40

10

热轧

540～560

400～420

15～25

22～23

24～35

26～38

20

淬火机上快冷

890～1010

750～840

7.5～14

41～58

35～60

41～63

20

补充回火

690～730

550～640

19～22

—

50～40

55～104

20

热轧

570～580

410～450

24～30

58～64

15～20

21～26

20

淬火压床上快冷

720～820

680～750

16～20

54～61

25～35

30～41

2

12

淬火机上快冷

760～890

630～750

15～12

—

45～52

49～56

12

热轧

560～580

400～420

26～30

—

20～32

23～36

20

淬火机上快冷

880～970

720～850

8.8～14.5

45～54

—

—

20

淬火压床上冷却

700～790

650～680

12～21

—

45～90

48～95

3

25

淬火机上快冷

690～790

570～670

9～18

30～42

45～50

51～56

25

补充回火

570～610

430～490

19～25

—

55～100

60～101

25

热轧

470～490

300～350

25～26

50～52

20～25

24～28

4

20

淬火机上快冷

820～1080

700～860

12～20

30～55

31～45

34～49

20

热轧

480～490

320～340

26～29

55～57

23～31

28～56

20

淬火压床上冷却

720～820

590～720

8～9

38～58

28～40

34～61

CT3（俄罗斯钢号，相当于我国Q235）

1

10

淬火机上快冷

590～700

400～560

8～20

34～38

53～82

57～68

20

淬火机上快冷

630～670

470～570

14～19

38～57

31～42

35～46

20

淬火机上快冷，补充回火

530～580

380～450

21～31

—

35～58

40～63

20

热轧

470～480

310～330

26～28

50～57

30～38

35～45

2

12

淬火机上快冷

540～640

360～450

12～24

—

60～96

63～102

12

热轧

450～490

300～350

30～31

53～55

13～43

38～45

20

淬火机上快冷

570～590

390～480

12～24

—

30～80

33～82

20

淬火压床上快冷，补充回火

500～590

340～410

20～27

51～58

40～88

42～91

20

热轧

490～510

270～310

25～31

—

28～31

31～85

3

20

回火压床上冷却

520～550

380～400

20～28

46～61

30～60

35～64

20

淬火机上快冷

650～700

500～550

12～19

44～47

20～49

23～52

20

淬火机上快冷，补充回火

480～570

360～440

19～29

50～56

35～53

39～58

20

热轧

480～490

320～340

26～29

55～57

21～25

24～28

4

16

淬火机上快冷

580～720

430～570

13～19

42～57

27～65

31～70

16

淬火机上快冷，补充回火

520～550

420～470

21～26

—

40～60

45～46

16

热轧

460～470

300～340

26～30

52～55

21～25

24～30

名称

操  作

特  点

应  用

高 温 形 变 热 处 理

高温形变正火

适当降低终锻、终轧温度，然后空冷、或强制空冷、或等温空冷

提高钢材韧性，降低脆性转变温度，提高疲劳抗力

适用于改善以微量元素V、Nb、Ti强化的建筑结构材料塑性和碳钢及合金结构钢锻件的预备热处理

高温形变等温淬火

利用锻、轧后余热施行珠光体区域或贝氏体区域内的等温淬火

提高强度及韧性

用于0.4%C钢缆绳高碳钢丝及小型紧固件

亚温形变淬火

在A_c1和A_c3间施行形变淬火

明显改善合金结构钢脆性，降低冷脆阀

在严寒地区工作的构件和冷冻设备构件

利用形变强化遗传性的热处理

用高温或低温形变淬火使毛坯强化，然后施行中间软化回火，以便于切削加工，最后二次淬火，低温回火，可再现形变强化效果

提高强度和韧性，取消毛坯预备热处理工艺

适用于形状复杂、切削量大的高强钢零件

是表面形变强化工艺，如喷丸强化、滚压强化等；与零件整体热处理强化或表面热处理强化相结合的工艺

表面形变热处理

表面高温形变淬火

用高频或盐浴使工件表层加热至A_c1或A_c3以上，施行滚压强化淬火

显著提高零件疲劳强度和耐磨性及使用寿命

高速传动轴、轴承套圈等圆柱形或环形零件，履带板和机铲等磨损零件

9Cr钢表面高温形变淬火后

接触疲劳强度与滚压力的关系

9Cr钢接触疲劳曲线的对比

9Cr钢表面高温形变淬火

后的力学性能

1—形变温度950～970℃；

2—形变温度900～920℃

1—普通高频感应加热淬火；

2—950℃滚压形变(滚压力650kN，

160～180℃回火)

形变

温度

/℃

弯矩

/kN·

m

抗弯

强度

σ_bb

/MPa

挠度

f

/mm

强化

层深

度

/mm

硬度

HRC

850

3133/

3194

3747/

3790

18.7/

17.5

3.0/

2.7

67/66

900

3270/

3318

3932/

3940

18.2/

17.7

5.0/

4.5

68/67

950

3044/

3518

3714/

4438

13.7/

16.6

穿透

66/66

1000

2911/

3268

3431/

3842

10.0/

9.3

穿透

66/67

①拉拔速度05m/min，140℃回火15h。

②分子的形变量为10%，分母的形变量为15%。

40、40Cr钢表面形变淬火后的接触疲劳极限

与滚压力的关系(形变温度950℃，

回火温度180～200℃)

40、65Mn钢耐磨性与

滚压力间的关系

40Cr钢经各种处理后的

接触疲劳极限

处理工艺

硬度

HRC

接触疲

劳极限

/MPa

整体淬火，低温回火

46～48

940

整体淬火，低温回火，喷丸强化

49～51

1080

高频感应加热淬火，低温回火

51～53

1180

高频感应加热淬火，低温回火喷丸强化

54～56

1233

高温滚压淬火，950℃，550N，180～200℃回火

50～52

1270

钢体表面高温形变淬火后的表面粗糙度

(R_a)与原始粗糙度(R_a0)及形变力间的关系

40Cr钢表面高温形变淬火后的

强化层深度和相对耐磨性

1—600kN；2—800kN；

3—1000kN；4—1200kN

表面高温形变淬火可明显改善钢的表面粗糙度，从而能提高疲劳极限

项

目

滚压

力

/kN

形变温度

850℃

形变温度

950℃

形变时间/s

6

8

6

8

10

强

化

层

深

度

/mm

600

2.10

1.10

2.30

2.00

1.66

800

2.10

2.00

2.50

2.20

1.90

1000

2.90

2.30

3.00

2.70

2.40

1200

3.70

2.90

3.90

3.50

3.10

相

对

耐

磨

性

600

1.00

0.97

1.13

0.91

0.80

800

1.19

1.00

1.34

1.09

0.93

1000

1.30

1.16

1.43

1.23

1.04

1200

1.16

1.10

1.21

1.04

0.90

由9Cr钢接触疲劳曲线的对比可看出，与普通高频感应加热淬火相比，表面高温形变淬火能够有效地提高接触疲劳强度。随着滚压力(亦即表面形变量)的增大，表面破损的接触循环次数先增后减，到650N时为最大值，在最佳处理条件下，对应10⁷循环次数的接触疲劳极限从普通处理时的2000MPa提高到2250MPa，而在小于107循环次数的范围内，接触疲劳寿命可以提高2.5～5倍

预冷形变

表面形变热处理

给工件预先施加压力再进行表面形变淬火

可使工件形成高的残余压应力，可显著提高其抗疲劳能力、表面粗糙度和耐磨性

40Cr钢经不同表面强化

后的表层残留应力

50钢履带链节经不同表面

强化后的表层残留应力

40Cr钢经预冷形变表面高温形变

淬火后的强化层深度和相对耐磨性

1—感应淬火；2—预冷形变表面

高温形变淬火；3—表面高温形变热处理

1—高频感应加热表面淬火；

2—表面高温形变热处理；

3—冷滚压和表面高温形变淬火；

4—表面高温形变热处理后冷滚压

滚压

力

/kN

中间回火温度/℃

未回火

200

400

强化层深度/mm

200

0.80/0.90

0.70/0.75

0.80/0.70

250

1.00/1.00

0.85/1.00

1.00/0.90

300

1.70/1.80

1.70/1.90

1.80/1.80

350

2.10/2.20

2.20/2.20

1.85/2.20

400

2.40/2.40

2.50/2.30

2.30/2.40

相对耐磨性

200

0.96/1.09

1.15/1.18

1.03/1.02

钢件预冷形变表面形变淬火后的表面粗

糙度与形变进给量、滚压力之间的关系

250

1.01/1.25

1.20/1.25

1.10/1.18

300

1.08/1.30

1.28/1.30

1.12/1.12

1—形变进给量0.25mm/r；2—0.2mm/r；

3—015mm/r；4—010mm/r

350

1.02/1.10

1.19/1.10

1.08/1.08

400

1.00/1.08

1.10/1.08

1.05/1.09

①以高频淬火效果为1

②分子淬火温度为850℃，分母淬火温度为950℃

表面形变时效

钢件在喷丸或滚压强化之后再补充以时效(低温回火)

可使钢件疲劳强度得到进一步的提高

55Si2钢和60Si2钢进行900℃、60min加热，然后油淬及450℃硝盐槽中的回火，并于喷丸处理后于20～500℃下进行不同温度的补充回火(时效)后的疲劳强度(σ_-1)的试验，结果示于右图。滚压后的时效也可使预先调质状态(880℃油淬，550℃回火)的40Cr钢疲劳强度比时效前提高约20%

复合形变热处理

把高温形变淬火和低温形变淬火复合，或将高温形变淬火与马氏体形变时效复合

提高韧性、强度、疲劳强度和耐磨性等综合力学性能

适用于Mn13、工具钢和冷作模具钢等难以强化的钢材

形变化学热处理

利用锻热渗碳淬火或碳氮共渗

零件在奥氏体化以上温度模锻成形，随即在炉中渗碳或碳氮共渗淬火、回火

节能，提高渗速，提高硬度及耐磨性

中等模数齿轮

锻热淬火渗氮

钢件锻热淬火后，高温回火时渗氮或碳氮共渗

加速渗氮或碳氮共渗过程，提高耐磨性

模具、刀具及要求耐磨的工件

低温形变淬火渗硫

钢件低温形变淬火后，回火与低温电解渗硫结合

心部强度高，表面减摩

高强度摩擦偶件，如凿岩机活塞、牙轮钻等

渗碳件表面形变时效

渗碳、渗氮、碳氮共渗零件渗后在常温下施行表面喷丸或滚压，随后低温回火，使表面产生形变时效作用

显著提高零件表面硬度、耐磨性，使表面产生压应力，明显提高疲劳抗力

航空发动机齿轮、内燃机缸套等耐磨及疲劳性能要求极高的零件

渗碳表面形变淬火