超强韧热处理技术在金属冷加工中的应用

　　0　引言

　　随着我国经济的发展和工业科技水平的不断提高，工业上对高质量水平零件的需求也逐渐增多，主要表现在对强度高、韧性好和使用寿命长的零件需求增多。传统的金属零件制造工艺已无法满足上述要求，常见的超强韧热处理工艺技术也仅在热处理或热锻工艺中使用，未见有在金属冷加工中使用。

　　1　超强韧处理工艺技术简介

　　超强韧热处理的基本途径是获得超细金属晶粒。金属晶粒越小，晶界面积越大，晶界上杂质浓度越低，参与变形的金属也越多，强韧化作用就越大。钢的超强韧热处理就是将钢的奥氏体晶粒进行超细化处理后、再进行形变处理或淬火处理的过程。超强韧热处理能在提高钢制品强度的同时大幅度提高其韧性，进而提高使用寿命。如：采用35MnTiB钢制作的拖拉机轮，原工艺采用调质处理其αk=9.1～10.2J/cm2，经超强韧热处理后其αk=51.9～64.7J/cm2，且使用寿命提高了37个百分点。

　　2　超强韧热处理技术在金属冷加工中应用的可行性

　　2.1　金属冷加工简介

　　金属冷加工是使金属材料在外力作用下变形，通过“加工硬化”提高材料性能的加工方法。对于强度要求高、结构复杂的零件还要进行多次冷加工，期间还要进行一次或多次再结晶退火，以恢复材料塑性。由于获得超细晶粒是超强韧处理的基础，因此该项工艺的关键是如何在材料成形过程中获得超细化晶粒。

　　2.2　细化晶粒工艺技术

　　有多种细化晶粒的工艺技术，其中能获得超细晶粒的工艺技术主要有2种：

　　(1)循环相变快速加热法;

　　(2)奥氏体重结晶淬火细化晶粒法。

　　2.2.1　循环相变细化晶粒的快速加热法

　　快速加热时奥氏体晶粒的长大速率低于形核速率，因而能细化晶粒。通过多次循环相变，可使奥氏体晶粒逐步细化，直至10级以上的超细晶粒。如：45钢在815°C铅浴中反复加热4～5次，可使奥氏体晶粒细化达12～15级。

　　2.2.2　利用钢的奥氏体重结晶淬火细化晶粒法

　　利用奥氏体重结晶可以细化金属晶粒，进而提高强度和韧性。如：采用T8钢制的用于冲制垫片的模具，采用1200°C的高温淬火，中间450°C回火1h，然后再加热到820C淬火，200C回火，如图1所示，得到硬度为58～59HRC、组织为细针状马氏体、晶粒度为8～9级的零件(普通淬火晶粒度为6～7级)，使模具寿命由普通淬火低温回火的10000～30000件提高到20000～80000件(提高2～3倍)。

　　2.3　可行性分析

　　在金属零件成形过程中，可以根据重结晶细化晶粒的原理，合理调整热处理工艺，达到细化晶粒、提高强度和韧性的效果。以复杂结构金属零件的成形为例：在多道冷成形工序间，往往需要进行多次再结晶退火，目的是恢复材料塑性，为下次冷加工做好塑性准备。过去传统做法是各工序再结晶退火工艺完全一致，起不到细化晶粒作用。可以将各工序的再结晶退火温度进行统一调配，使基体材料进行不同程度的再结晶，以达到细化基体晶粒之目的。其调整方法如图2所示。