一、導(dǎo)致熱處理變形的因素

1，碳含量及其對(duì)熱處理變化量的影響

高碳鋼屈服強(qiáng)度的升高,其變形量要小于中碳鋼。對(duì)碳素鋼來(lái)說(shuō),在大多數(shù)情況下,以T7A鋼的變形量為最小。當(dāng)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.7％時(shí),多趨向于縮小;但碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.7％時(shí),內(nèi)徑、外徑都趨向于膨脹。

碳素鋼本身屈服強(qiáng)度相對(duì)較低,因而帶有內(nèi)孔(或型腔)類的碳素鋼件,變形較大,內(nèi)孔(或型腔)趨于脹大。合金鋼由于強(qiáng)度較高,Ms點(diǎn)較低,殘余奧氏體量較多,故淬火變形較小,并主要表現(xiàn)為熱應(yīng)力型的變形,其鋼件內(nèi)孔(或型腔)趨于縮小。因此,在與中碳鋼同樣條件下淬火時(shí),高碳鋼和高合金鋼工件往往以內(nèi)孔收縮為主。

2，合金元素對(duì)熱處理變形的影響

合金元素對(duì)工件熱處理變形的影響主要反映在對(duì)鋼的Ms點(diǎn)和淬透性的影響上。大多數(shù)合金元素,例如,錳、鉻、硅、鎳、鉬、硼等，使鋼的Ms點(diǎn)下降,殘余奧氏體量增多,減小了鋼淬火時(shí)的比體積變化和組織應(yīng)力,因此,減小了工件的淬火變形。合金元素顯著提高鋼的淬透性,從而增大了鋼的體積變形和組織應(yīng)力,導(dǎo)致工件熱處理變形傾向的增大。此外,由于合金元素提高鋼的淬透性,使臨界淬火冷卻速度降低,實(shí)際生產(chǎn)中,可以采用緩和的淬火介質(zhì)淬火,從而降低了熱應(yīng)力,減小了工件的熱處理變形。硅對(duì)Ms點(diǎn)的影響不大,只對(duì)試樣變形起縮小作用;鎢和釩對(duì)淬透性和Ms點(diǎn)影響也不大,對(duì)工件熱處理變形影響較小。故工業(yè)上所謂微變形鋼,均含有較多量的硅、鎢、釩等合金元素。

3，原始組織和應(yīng)力狀態(tài)對(duì)熱處理變形的影響

工件淬火前的原始組織,例如,碳化物的形態(tài)、大小、數(shù)量及分布,合金元素的偏析,鍛造和軋制形成的纖維方向都對(duì)工件的熱處理變形有一定影響。球狀珠光體比片狀珠光體比體積大,強(qiáng)度高,所以經(jīng)過(guò)預(yù)先球化處理的工件淬火變形相對(duì)要小。對(duì)于一些高碳合金工具鋼,例如,9Mn2V、CrWMn和GCr15鋼的球化等級(jí)對(duì)其熱處理變形開(kāi)裂和淬火后變形的校正有很大影響,通常以2.5-5級(jí)球化組織為宜。調(diào)質(zhì)處理不僅使工件變形量的絕對(duì)值減小,并使工件的淬火變形更有規(guī)律,從而有利于對(duì)變形的控制。

條狀碳化物分布對(duì)工件的熱處理變形有很大影響。淬火后平行于碳化物條帶方向工件膨脹,與碳化物條帶相垂直的方向則收縮,碳化物顆檢愈粗大,條帶方向的膨脹愈大。對(duì)于Cr12類型鋼和高速鋼等萊氏體鋼來(lái)說(shuō),碳化物的形態(tài)和分布對(duì)淬火變形的影響尤為顯著。

總之,工件的原始組織愈均勻,熱處理變形愈小,變形愈有規(guī)律,愈易于控制。

4，淬火前工件本身的應(yīng)力狀態(tài)對(duì)變形有重要影響。特別是形狀復(fù)雜,經(jīng)過(guò)大進(jìn)給量切削加工的工件,其殘余應(yīng)力若未經(jīng)消除,對(duì)淬火變形有很大影響。

5，工件幾何形狀對(duì)熱處理變形的影響

幾何形狀復(fù)雜,截面形狀不對(duì)稱的工件,例如帶有鍵槽的軸,鍵槽拉刀、塔形工件等,淬火冷卻時(shí),一個(gè)面散熱快,另一面散熱慢,是一種不均勻的冷卻。如果在Ms以上的不均勻冷卻引起的變形占優(yōu)勢(shì),則冷卻快的一面是凹面, 若在Ms以下的不均勻冷卻引起的變形占優(yōu)勢(shì),則冷卻快的一面是凸面,增加等溫時(shí)間,增長(zhǎng)貝氏體轉(zhuǎn)變量,使殘余奧氏體更加穩(wěn)定,減小空冷中的馬氏體轉(zhuǎn)變量,可使工件的變形量顯著減小。

6，工藝參數(shù)對(duì)熱處理變形的影響

無(wú)論是常規(guī)熱處理還是特殊熱處理,都可能產(chǎn)生熱處理變形,分析熱處理工藝參數(shù)對(duì)熱處理變形的影響時(shí),最重要的是分析加熱過(guò)程和冷卻過(guò)程的影響。加熱過(guò)程的主要參數(shù)是加熱的均勻性、加熱溫度和加熱速度。冷卻過(guò)程的主要參數(shù)是冷卻的均勻性和冷卻速度。不均勻冷卻對(duì)淬火變形的影響與工件截面形狀不對(duì)稱造成的不均勻冷卻情況相同,本節(jié)主要討論其它工藝參數(shù)的影響。

二、熱處理變形的預(yù)防與控制方法

1，反向壓彎法：根據(jù)軸類零件的熱處理變形規(guī)律，可在淬火前預(yù)加一個(gè)應(yīng)力，即在零件彎曲方向的反向壓彎，以補(bǔ)償淬火后所產(chǎn)生的彎曲變形，可減小校直工作量。適用于截面明顯不均勻，變形嚴(yán)重的零件。

2，靜態(tài)淬火法：要求淬火冷卻液的溫度要均勻，并且是在淬火前剛被攪勻后的靜止?fàn)顟B(tài)。將零件用鉗子夾住，淬入冷卻液中。這種方法可比用鉛絲吊扎懸掛淬入變形量要小得多。

3，零件設(shè)計(jì)均勻?qū)ΨQ：零件的截面形狀設(shè)計(jì)應(yīng)盡量均勻?qū)ΨQ,必要時(shí)可開(kāi)工藝用槽。例如，鏜桿上有兩條對(duì)稱的槽，實(shí)際上只用一條，另一條就是為了減小熱處理變形而設(shè)計(jì)的。

4，采用專用淬火夾具淬火：如果零件截面是對(duì)稱的，在出爐后可套入專用夾具，然后以垂直方向淬入冷卻液。由于零件變形受到夾具的限制，一般都可以控制在預(yù)留余量范圍以內(nèi)。

5，利用埋入式鹽浴爐加熱：插入式鹽浴爐加熱,零件單面受熱快,容易產(chǎn)生彎曲變形,而埋入式鹽浴爐則溫度較均勻，而且節(jié)能,也可采用流動(dòng)粒子爐。

6，直吊橫放：對(duì)于長(zhǎng)零件淬火前后的存放,應(yīng)注意不使零件因自重而彎曲,最好采用架子直吊。長(zhǎng)途運(yùn)輸時(shí)，可采用多個(gè)塑料氣墊包，這樣不但能使零件自動(dòng)取得平衡,且有減震作用。

7，淬火前消除應(yīng)力：用于重要的容易變形的零件，例如精密長(zhǎng)絲桿等。淬火前進(jìn)行退火或正火以細(xì)化晶粒并使組織均勻化，減少內(nèi)應(yīng)力。淬火加熱時(shí)嚴(yán)格控制加熱溫度。

西安福萊特?zé)崽幚碛邢薰?029-88330370)擁有齊全的冷熱加工設(shè)備及檢測(cè)手段,是一家專門(mén)從事金屬材料熱處理工藝研發(fā)、工藝協(xié)作,機(jī)械加工,及工業(yè)加熱設(shè)備設(shè)計(jì)、制造,粉末冶金,生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)實(shí)體。

一、導(dǎo)致熱處理變形的因素

1，碳含量及其對(duì)熱處理變化量的影響

高碳鋼屈服強(qiáng)度的升高,其變形量要小于中碳鋼。對(duì)碳素鋼來(lái)說(shuō),在大多數(shù)情況下,以T7A鋼的變形量為最小。當(dāng)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.7％時(shí),多趨向于縮小;但碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.7％時(shí),內(nèi)徑、外徑都趨向于膨脹。

碳素鋼本身屈服強(qiáng)度相對(duì)較低,因而帶有內(nèi)孔(或型腔)類的碳素鋼件,變形較大,內(nèi)孔(或型腔)趨于脹大。合金鋼由于強(qiáng)度較高,Ms點(diǎn)較低,殘余奧氏體量較多,故淬火變形較小,并主要表現(xiàn)為熱應(yīng)力型的變形,其鋼件內(nèi)孔(或型腔)趨于縮小。因此,在與中碳鋼同樣條件下淬火時(shí),高碳鋼和高合金鋼工件往往以內(nèi)孔收縮為主。

2，合金元素對(duì)熱處理變形的影響

合金元素對(duì)工件熱處理變形的影響主要反映在對(duì)鋼的Ms點(diǎn)和淬透性的影響上。大多數(shù)合金元素,例如,錳、鉻、硅、鎳、鉬、硼等，使鋼的Ms點(diǎn)下降,殘余奧氏體量增多,減小了鋼淬火時(shí)的比體積變化和組織應(yīng)力,因此,減小了工件的淬火變形。合金元素顯著提高鋼的淬透性,從而增大了鋼的體積變形和組織應(yīng)力,導(dǎo)致工件熱處理變形傾向的增大。此外,由于合金元素提高鋼的淬透性,使臨界淬火冷卻速度降低,實(shí)際生產(chǎn)中,可以采用緩和的淬火介質(zhì)淬火,從而降低了熱應(yīng)力,減小了工件的熱處理變形。硅對(duì)Ms點(diǎn)的影響不大,只對(duì)試樣變形起縮小作用;鎢和釩對(duì)淬透性和Ms點(diǎn)影響也不大,對(duì)工件熱處理變形影響較小。故工業(yè)上所謂微變形鋼,均含有較多量的硅、鎢、釩等合金元素。

3，原始組織和應(yīng)力狀態(tài)對(duì)熱處理變形的影響

工件淬火前的原始組織,例如,碳化物的形態(tài)、大小、數(shù)量及分布,合金元素的偏析,鍛造和軋制形成的纖維方向都對(duì)工件的熱處理變形有一定影響。球狀珠光體比片狀珠光體比體積大,強(qiáng)度高,所以經(jīng)過(guò)預(yù)先球化處理的工件淬火變形相對(duì)要小。對(duì)于一些高碳合金工具鋼,例如,9Mn2V、CrWMn和GCr15鋼的球化等級(jí)對(duì)其熱處理變形開(kāi)裂和淬火后變形的校正有很大影響,通常以2.5-5級(jí)球化組織為宜。調(diào)質(zhì)處理不僅使工件變形量的絕對(duì)值減小,并使工件的淬火變形更有規(guī)律,從而有利于對(duì)變形的控制。

條狀碳化物分布對(duì)工件的熱處理變形有很大影響。淬火后平行于碳化物條帶方向工件膨脹,與碳化物條帶相垂直的方向則收縮,碳化物顆檢愈粗大,條帶方向的膨脹愈大。對(duì)于Cr12類型鋼和高速鋼等萊氏體鋼來(lái)說(shuō),碳化物的形態(tài)和分布對(duì)淬火變形的影響尤為顯著。

總之,工件的原始組織愈均勻,熱處理變形愈小,變形愈有規(guī)律,愈易于控制。

4，淬火前工件本身的應(yīng)力狀態(tài)對(duì)變形有重要影響。特別是形狀復(fù)雜,經(jīng)過(guò)大進(jìn)給量切削加工的工件,其殘余應(yīng)力若未經(jīng)消除,對(duì)淬火變形有很大影響。

5，工件幾何形狀對(duì)熱處理變形的影響

幾何形狀復(fù)雜,截面形狀不對(duì)稱的工件,例如帶有鍵槽的軸,鍵槽拉刀、塔形工件等,淬火冷卻時(shí),一個(gè)面散熱快,另一面散熱慢,是一種不均勻的冷卻。如果在Ms以上的不均勻冷卻引起的變形占優(yōu)勢(shì),則冷卻快的一面是凹面, 若在Ms以下的不均勻冷卻引起的變形占優(yōu)勢(shì),則冷卻快的一面是凸面,增加等溫時(shí)間,增長(zhǎng)貝氏體轉(zhuǎn)變量,使殘余奧氏體更加穩(wěn)定,減小空冷中的馬氏體轉(zhuǎn)變量,可使工件的變形量顯著減小。

6，工藝參數(shù)對(duì)熱處理變形的影響

無(wú)論是常規(guī)熱處理還是特殊熱處理,都可能產(chǎn)生熱處理變形,分析熱處理工藝參數(shù)對(duì)熱處理變形的影響時(shí),最重要的是分析加熱過(guò)程和冷卻過(guò)程的影響。加熱過(guò)程的主要參數(shù)是加熱的均勻性、加熱溫度和加熱速度。冷卻過(guò)程的主要參數(shù)是冷卻的均勻性和冷卻速度。不均勻冷卻對(duì)淬火變形的影響與工件截面形狀不對(duì)稱造成的不均勻冷卻情況相同,本節(jié)主要討論其它工藝參數(shù)的影響。

二、熱處理變形的預(yù)防與控制方法

1，反向壓彎法：根據(jù)軸類零件的熱處理變形規(guī)律，可在淬火前預(yù)加一個(gè)應(yīng)力，即在零件彎曲方向的反向壓彎，以補(bǔ)償淬火后所產(chǎn)生的彎曲變形，可減小校直工作量。適用于截面明顯不均勻，變形嚴(yán)重的零件。

2，靜態(tài)淬火法：要求淬火冷卻液的溫度要均勻，并且是在淬火前剛被攪勻后的靜止?fàn)顟B(tài)。將零件用鉗子夾住，淬入冷卻液中。這種方法可比用鉛絲吊扎懸掛淬入變形量要小得多。

3，零件設(shè)計(jì)均勻?qū)ΨQ：零件的截面形狀設(shè)計(jì)應(yīng)盡量均勻?qū)ΨQ,必要時(shí)可開(kāi)工藝用槽。例如，鏜桿上有兩條對(duì)稱的槽，實(shí)際上只用一條，另一條就是為了減小熱處理變形而設(shè)計(jì)的。

4，采用專用淬火夾具淬火：如果零件截面是對(duì)稱的，在出爐后可套入專用夾具，然后以垂直方向淬入冷卻液。由于零件變形受到夾具的限制，一般都可以控制在預(yù)留余量范圍以內(nèi)。

5，利用埋入式鹽浴爐加熱：插入式鹽浴爐加熱,零件單面受熱快,容易產(chǎn)生彎曲變形,而埋入式鹽浴爐則溫度較均勻，而且節(jié)能,也可采用流動(dòng)粒子爐。

6，直吊橫放：對(duì)于長(zhǎng)零件淬火前后的存放,應(yīng)注意不使零件因自重而彎曲,最好采用架子直吊。長(zhǎng)途運(yùn)輸時(shí)，可采用多個(gè)塑料氣墊包，這樣不但能使零件自動(dòng)取得平衡,且有減震作用。

7，淬火前消除應(yīng)力：用于重要的容易變形的零件，例如精密長(zhǎng)絲桿等。淬火前進(jìn)行退火或正火以細(xì)化晶粒并使組織均勻化，減少內(nèi)應(yīng)力。淬火加熱時(shí)嚴(yán)格控制加熱溫度。

西安福萊特?zé)崽幚碛邢薰?029-88330370)擁有齊全的冷熱加工設(shè)備及檢測(cè)手段,是一家專門(mén)從事金屬材料熱處理工藝研發(fā)、工藝協(xié)作,機(jī)械加工,及工業(yè)加熱設(shè)備設(shè)計(jì)、制造,粉末冶金,生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)實(shí)體。