形变热处理毕业论文

热处理的目的在于获得某种有序结构，以改善其塑性和韧性。主要有如下几种处理方式。(1)高温均匀化退火铸态下的金属间化合物一般存在着成分偏析和铸造应力，高温均匀化退火就是要消除铸造应力并使合金元素进一步扩散均匀，为下一步处理奠定良好的基础，该种处理一般在1000℃以上要持续十几个小时。(2)油淬为了增加金属化合物的室温韧性，常常将其加热到晶形转变或相变温度，然后放入油中进行淬火处理，如对Fe-Al金属间化合物的典型处理工艺为：加热至1000℃，保温5h，然后置入700℃油中冷却详见参考文献。(3)形变热处理这是目前为增加金属化合物韧性而进行的最有效的处理方式，主要是通过锻造、轧制、挤压等热形变处理，使其组织结构发生有利于增加韧性的方向转变，典型工艺见文献。金属化合物的室温脆性问题一直是困扰这类材料应用的一个问题。同一成分的合金，由于加工方法不同及工艺参数的改变，最终的显微组织和力学性能可能相差甚远，在金属间化合物的制备中广泛采用了热机械处理工艺，采用这种方法能够得到一般加工处理所达不到的高强度与高塑性良好配合的产品。 在金属材料中，金属化合物一直用作金属基体的强化相。人们通过改变金属间化合物的种类、分布、析出状态以及相对含量等来达到控制基体材料性能的目的。由于具有许多独特的性能，金属间化合物本身作为一类新型材料正得到日益广泛的研究和开发。金属间化合物由于具有耐高温、抗腐蚀的性能，成为航空、航天、交通运输、化工、机械等许多工业部门重要结构材料；由于其具有声、光、电、磁等特殊物理性能，可作为半导体、磁性、储氢、超导等方面功能材料。特别是用作高温结构材料的有序金属间化合物，具有许多良好的力学性能和抗氧化、耐腐蚀以及比强度高等特性，由于其原子的长程有序排列和原子间金属键和共价键的共存，使其有可能兼具金属的塑性和陶瓷的高温强度，因而极具应用前景。然而，金属化合物的脆性妨碍了它的应用。直到80年代初，金属间化合物韧化研究取得两大突破性进展，一是日本材料科学研究所的和泉修等在脆性的多晶Ni3Al中加入了质量分数为～的B，使材料韧化，室温拉伸伸长率从近于0提高到40%～50%；二是美国橡树岭国家实验室发现了无塑性的六方D019结构的Co3V中，用Ni、Fe代管部分Co，可使其转变成面心立方的L12结构，脆性材料变成具有良好塑性的材料。这些进展使人们看到了金属间化合物高温结构材料的希望和前景，在世界范围内掀起一个研究热潮。目前作为高温结构材料的有序金属间化合物，在国内外进行重点研究并取得重大进展的主要为Ni-Al、Ti-Al以及Fe-Al三个体系的A3B和AB型铝化物。

形变热处理是压力加工与热处理相结合的金属热处理工艺，在金属材料上有效地综合利用形变强化和相变强化、将压力加工与热处理操作相结合、使成形工艺同获得最终性能统一起来的一种工艺方法。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。

形变热处理中，形变使相变前的母相的组织结构甚至成分都起变化，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。形变对母相组织结构带来的变化随形变条件（形变温度、道次形变量、总形变量、形变速度……）及金属材料成分的不同而有差异，根据对相变的作用，母相形变后的组织结构基本上属于三类：①在再结晶温度以上形变，道次形变量如超过再结晶临界变形量，则母相发生动态或静态的再结晶，使晶粒得到细化；如进行多道次形变,则发生多次再结晶,母相的晶粒显著细化（见回复和再结晶）。②在材料的再结晶温度以下形变，母相不发生再结晶，而产生大量晶体缺陷，或仅发生回复过程，形成多边化亚结构。③形变诱发第二相由母相中析出，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。 形变热处理中，形变后的母相组织经常是以上几类的综合。现以钢的奥氏体为例，说明形变后的奥氏体对以后的相变及相变产物的作用。对铁素体－珠光体型相变的作用形变后产生了再结晶的细奥氏体晶粒，使冷却转变后的铁素体也相应得到细化。形变后未发生再结晶的奥氏体中的大量晶体缺陷，为此后铁素体的转变提供了大量形核位置，并使铁素体形核的热激活过程更容易进行，这两者使转变后的铁素体晶粒细化;此外形变的奥氏体有加速扩散过程,加速铁素体转变速度，提高铁素体形成的温度等作用（见附表中类型2)。如果在奥氏体中存在有形变诱发析出的第二相，则对细化铁素体晶粒更为有效。低碳,含有微量(〈)的Nb、V、 Ti合金元素的微合金化钢，就属于这类情况。形变使奥氏体产生多边化亚晶，在奥氏体晶界堆积较多的位错，形变又诱发析出Nb（CN）或其他合金元素的碳、氮化物。细小的第二相首先在奥氏体晶界处及亚晶界上析出，并钉扎亚晶界及晶界，使亚晶的长大和晶界的迁移都受到阻碍，造成奥氏体再结晶核心难以在该处产生，即使产生了也不易长大，从而抑制了奥氏体再结晶的发生。只有给予更大变形量，进一步提高再结晶的驱动力时，才会发生再结晶，结果，使再结晶后的奥氏体晶粒比普通低碳钢细小。大约在950℃以下,形变诱发析出的第二相，能完全阻止奥氏体发生再结晶，这样就相对地扩大了奥氏体未再结晶的温度范围，有利于增大未再结晶区的形变量，使奥氏体产生更大量的晶体缺陷。在奥氏体再结晶区及未再结晶区连续变形，得到的是细小的奥氏体晶粒及高密度的晶体缺陷。这样的奥氏体转变后形成的铁素体晶粒细小而均匀，生产上可得到 5μm直径的铁素体（实验室可得到2μm直径的铁素体）。仅就晶粒细化这一项，就使钢的屈服强度提高10～15kgf/mm2，同时提高钢的低温韧性,使韧性－脆性转变温度下降到－70℃。铁素体晶粒的细化还可以抵销由于相间沉淀及铁素体中析出的第二相所造成的脆性，保留其沉淀强化作用，在具有良好低温韧性的基础上，进一步提高钢的屈服强度。 对淬火时马氏体、贝氏体相变的作用 再结晶的奥氏体仅能细化所转变的马氏体或贝氏体组织。形变而未再结晶的奥氏体，对淬火时的马氏体和贝氏体转变的作用却是多方面的（见附表）中类型1、3、5奥氏体中的大量晶体缺陷使以共格方式长大的马氏体、贝氏体晶体长大受阻，使转变后的组织得到细化。奥氏体中的晶体缺陷可被其转变的马氏体、贝氏体所继承，使转变后的马氏体或贝氏体组织的位错密度高于一般热处理形成的马氏体和贝氏体的位错密度。当奥氏体在形变过程产生形变诱发第二相析出时，这种现象尤为突出。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；在进一步形变时，促进奥氏体增殖大量新的位错，大大增加奥氏体中的位错密度，相应地增加转变后的马氏体的位错密度。马氏体、贝氏体中位错密度提高，是形变淬火得以提高钢的强度的主要原因。这样的马氏体组织在回火时，由于位错密度高，为碳化物提供了大量形核位置，结果使回火马氏体中的碳化物质点更细小，分布更均匀。形变诱发由奥氏体中析出第二相，降低奥氏体中碳和合金的含量，有利于减少孪晶马氏体，增多板条状马氏体的数量。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，是形变淬火钢韧性好的原因。奥氏体形变中形成的亚晶粒，比较稳定，不仅可为直接形成的马氏体所继承,还能遗传给重新加热淬火,再次形成的马氏体组织，使形变淬火后再加热淬火的钢的强度仍高于一般淬火钢。形变奥氏体除可以细化所转变的贝氏体外，还能改变转变的贝氏体组织类型。低碳贝氏体钢未形变的奥氏体转变为上贝氏体组织，形变的奥氏体则转变为颗粒状贝氏体组织，这种组织的塑性、韧性比上贝氏体要好。形变诱发马氏体相变 在Ms～Md温度范围内形变能诱发奥氏体转变为马氏体,而在Ms温度以上就发生马氏体转变。Md称为形变诱发马氏体开始转变点。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，由于形变诱发马氏体的产生而得以弛豫，避免微裂纹的产生与扩展，提高钢的塑性。上述奥氏体的形变对相变的作用的规律对于其他合金也基本适用。