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熱處理變形產(chǎn)生的原因及控制方法
2019-01-07 00:00:00 來(lái)源：感應(yīng)加熱設(shè)備 點(diǎn)擊：2264 喜歡：0
摘要：熱處理變形是熱處理過程中的主要缺陷之一，對(duì)于一些精密零件和工具、模具，常常會(huì)因?yàn)闊崽幚碜冃纬疃鴪?bào)廢。為此，本文對(duì)熱處理變形產(chǎn)生的原因進(jìn)行了闡述，并總結(jié)了減少和控制熱處理變形的幾種方法。
關(guān)鍵詞：熱處理變形、產(chǎn)生原因、控制方法
前 言：金屬熱處理是將金屬工件在適當(dāng)?shù)臏囟认峦ㄟ^加熱、保溫和冷卻等過程，使金屬工件內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而改善材料力學(xué)、物理、化學(xué)性能的工藝。熱處理是改善金屬工件性能的一種重要手段【1】。在工件制造中選取合適的材料后，為了達(dá)到工藝要求而經(jīng)常采用熱處理工藝，但是熱處理除了具有積極作用外，在處理過程中也不可避免地會(huì)產(chǎn)生形變。在實(shí)際生產(chǎn)中，熱處理產(chǎn)生的變形，對(duì)后續(xù)工序的影響是至關(guān)重要的，有些貴重材料和一些機(jī)器中的重要零部件，因變形過大而導(dǎo)致報(bào)廢。鋼件在熱處理過程中由于鋼中組織轉(zhuǎn)變時(shí)比容變化所造成的體積膨脹，以及熱處理所引起的塑性變形，使鋼件體積及形狀發(fā)生不同程度改變。變形是熱處理較難解決的問題，要完全不變形是不可能的，一般是把變形量控制在一定范圍內(nèi)【2】。
正文：1、熱處理變形的原因????
在生產(chǎn)實(shí)際中，熱處理變形的表現(xiàn)形式多種多樣，有體積和尺寸的增大和收縮變形，也有彎曲、歪扭、翹曲等變形，就其產(chǎn)生的根源來(lái)說(shuō),?可分為內(nèi)應(yīng)力造成的應(yīng)力塑性變形和比容變化引起的體積變形兩大類。
(1)?內(nèi)應(yīng)力塑性變形?
熱處理過程中加熱冷卻的不均勻和相變的不等時(shí)性,?都會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,?在一定塑性條件的配合下,?就會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力塑性變形。在加熱和冷卻過程中,?零件的內(nèi)外層加熱和冷卻速度不同造成各處溫度不一致,致使熱脹冷縮的程度不同,?這樣產(chǎn)生的應(yīng)力變形叫熱應(yīng)力塑性變形。在加熱和冷卻過程中,?零件的內(nèi)部組織轉(zhuǎn)變而發(fā)生的時(shí)間不同,?這樣產(chǎn)生的應(yīng)力變形叫組織應(yīng)力變形塑性變形【3】。?
(2)?比容變形在熱處理過程中,?各種相結(jié)構(gòu)的組織比容不同,在相變時(shí)發(fā)生的體積和尺寸變化為比容變形。比容變形一般只與奧氏體中碳和金元素的含量、游離相碳化物、鐵素體的多少、淬火前后組織比容變化差和殘余奧氏體的多少和鋼的淬透性等因素有關(guān)。
2、減少和控制熱處理變形的方法
2.1?熱處理溫度的控制
在熱處理工藝中，對(duì)工件熱加工溫度的設(shè)定是重中之重，而僅僅設(shè)定準(zhǔn)確還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。在熱處理過程中，爐內(nèi)的溫度測(cè)量是熱處理工藝的重要參數(shù)測(cè)量。要是測(cè)量不準(zhǔn)確，熱處理質(zhì)量就無(wú)法得到保證，而且溫度與熱處理后的工件性能密切相關(guān)。在溫度超過AC3線后，工件的硬度并不隨溫度的上升有明顯提高，但由于溫度升高導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力加大，加大了變形量【4】。由此可見：（1）降低工藝溫度后，工件的高溫強(qiáng)度損失較小，塑性抗力增強(qiáng)，這樣工件的抗應(yīng)力形變、抗淬火形變、抗高溫蠕變的綜合能力增強(qiáng)，從而減小了形變。（2）工藝溫度降低后，工件加熱、冷卻的溫度區(qū)間減少，由此引起的各個(gè)部位的溫度不一致性也會(huì)降低，從而導(dǎo)致的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力也相對(duì)減少，這樣變形也會(huì)減少（3）如果工藝溫度降低且熱處理工藝時(shí)間縮短，則工件高溫蠕變時(shí)間減少，變形也會(huì)減少。
2.2?工件的冷卻的控制
在工件熱處理中影響形變的第二大因素就是冷卻【5】，在熱處理過程中冷卻速度越快，冷卻越不均勻，產(chǎn)生的應(yīng)力越大，工件的變形也就越大，所以在冷卻過程中冷卻介質(zhì)的選擇就至關(guān)重要。當(dāng)采用水溶性介質(zhì)時(shí)工件在硬度、變形量方面取得了較好的平衡，由此可見應(yīng)盡量采用水溶性介質(zhì)，必要時(shí)可以采用等溫淬火的方法讓內(nèi)應(yīng)力逐步釋放出來(lái)將形變減小到最低?而且在冷卻時(shí)需要使冷卻介質(zhì)以適當(dāng)?shù)牧魉倬鶆虻亓鬟^所有工件，使每一個(gè)工件的各個(gè)部位都均勻地卻，從而減少因溫度差而引起的熱應(yīng)力。
2.3?爐內(nèi)溫度均勻性的控制?
爐內(nèi)溫度均勻性是造成熱處理形變的因素之一，如果在工件的不同部位產(chǎn)生溫差，那末有溫差就有熱應(yīng)力，就會(huì)導(dǎo)致變形。隨著爐內(nèi)溫度的升高，試樣的溫度均勻性下降，由此帶來(lái)變形量增大?所以提高爐溫均勻性，尤其是保證工件加熱階段的溫度均勻性，將有助于減小變形；放置在不同部位的零件應(yīng)以相同的速度升溫，并同時(shí)達(dá)到滲碳溫度也是控制變形的關(guān)鍵，這樣就可以有效地減小變形散差；在加熱前先進(jìn)行預(yù)熱，也可減少因升溫過快而造成的溫度分布不均勻，并且可以避免因加熱過快而造成的開裂。
2.4?進(jìn)行必要的預(yù)先熱處理
最終熱處理前的金相組織對(duì)最終熱處理變形關(guān)系甚大，因此對(duì)形狀復(fù)雜、要求高、易產(chǎn)生變形的工件需要進(jìn)行必要的預(yù)先熱處理，以消除網(wǎng)狀碳化物和粗大晶粒，通常采用正火?(低碳鋼類)，球化退火?(高碳鋼類)?和調(diào)質(zhì)?(要求高的結(jié)構(gòu)件)【6】。
2.5?制訂合理的熱處理工藝
A、控制加熱速度。為了減小加熱時(shí)的溫差和熱應(yīng)力，應(yīng)采用比較緩慢的加熱速度，并采用一次或二至三次預(yù)熱，特別是在500～600e?范圍內(nèi)，要緩慢加熱，因?yàn)檫@時(shí)材料由彈性變形轉(zhuǎn)為塑性變形，是影響變形最大的溫度區(qū)域。B、選擇加熱溫度。在保證機(jī)械性能的前提下，盡量將淬火溫度控制在下限并適當(dāng)縮短保溫時(shí)間，從而減小溫差引起的熱應(yīng)力，且所得奧氏體晶粒細(xì)小，其塑性變形抗力較大，這都有利于減小變形。C、采用合理的淬火方式【7】。淬火方式和冷卻介質(zhì)的選擇對(duì)減小和控制熱處理變形具有很大作用，由于在這個(gè)過程中，不僅出現(xiàn)熱應(yīng)力，而且還出現(xiàn)組織應(yīng)力，因此必須十分慎重，其目的是使工件在馬氏體能轉(zhuǎn)變之前盡量使前部分溫度均勻，在馬氏體轉(zhuǎn)變過程中力求緩冷，減小工件各部分轉(zhuǎn)變的不同時(shí)性，從而實(shí)現(xiàn)減小組織應(yīng)力造成的變形，采用的方法有：（a）預(yù)冷淬火。將奧氏體化后的工件，先預(yù)冷一段時(shí)間，使各部分溫差減小，在技術(shù)條件允許時(shí)，令其易變形部分如最薄的截面或棱角處產(chǎn)生部分非馬氏體組織，然后再全部淬火。(b）雙重冷卻淬火。當(dāng)單一介質(zhì)不能同時(shí)滿足工件淬火變形及組織要求時(shí)，采用先后在兩種介質(zhì)中進(jìn)行冷卻的方法，如油、空氣鼓風(fēng)噴霧等等。（c）分級(jí)淬火。將奧氏體化后的工件，首先淬入溫度較低的分級(jí)鹽浴中停留一段時(shí)間，使工件表面與心部溫差減小；再取出空冷，使工件在緩慢冷速下進(jìn)行馬氏體相變。(d)等溫淬火。將奧氏體化后的工件淬入溫度<?Bs的等溫鹽浴中，?較長(zhǎng)時(shí)間保溫使其獲得貝氏體組織，然后再空冷。(e?)噴射淬火。對(duì)于僅要求某一局部硬化的零件，可以在特別的噴液裝置中淬火，待整體加熱后放在噴液裝置上使其某一局部在流動(dòng)的液體中急冷，而其余部分在空氣中冷卻。(f?)充分回火。對(duì)于易變形的復(fù)雜工件，大截面高合金鋼淬火后必須及時(shí)回火，選擇適當(dāng)?shù)幕鼗饻囟?，并保證回火要充分。在回火過程中，利用回火加熱消除變形應(yīng)力。
2.6 正確掌握熱處理操作方法
為了減小和控制熱處理變形還必須正確掌握熱處理操作方法。淬火時(shí)要做到：1、長(zhǎng)軸類?(絲錐、軸等?)?垂直淬入，上下移動(dòng)；2、薄壁環(huán)狀工件，應(yīng)軸向垂直淬入。2、對(duì)厚薄不均工件，?應(yīng)將厚的部分先淬入。3、對(duì)帶孔和凹面工件，應(yīng)將盲孔和凹面朝上淬入，以利氣泡排出。?薄片件要側(cè)向淬入，工件薄刃或尖角處，淬入前要預(yù)冷?？傊构ぜ宰钚∽枇Υ闳?，并使工件各處冷速均勻。另外，做好淬火前保護(hù)，如把一些非工作孔用石棉繩、耐火泥堵塞，在截面急變處用鐵絲和石棉綁扎，尖角處用鐵皮套子等等，使其冷速減慢，減小淬火應(yīng)力。
3、結(jié)束語(yǔ)
任何因素變化都或多或少地影響其變形度，只有在某一特定條件下，才表現(xiàn)出影響變形的主要因素和次要因素。在選擇預(yù)防熱處理變形的具體措施時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況制定具體辦法，許多減小和控制熱處理變形的有效措施均來(lái)源于實(shí)踐，要反復(fù)幾次后才能探索出一些規(guī)律，還要配合從理論上對(duì)變形基本規(guī)律的分析研究才能正確制定出來(lái)。
