熱處理變形原因及其控制方法

一、溫度是變形的關(guān)鍵因素

工業(yè)上實(shí)際應(yīng)用的熱處理工藝形式非常多，但是它們的基本過(guò)程都是熱作用過(guò)程，都是由加熱、保溫和冷卻三個(gè)階段組成的。整個(gè)工藝過(guò)程都可以用加熱速度、加熱溫度、保溫時(shí)間、冷卻速度以及熱處理周期等幾個(gè)參數(shù)來(lái)描述。

在熱處理工藝中，要用到各種加熱爐，金屬熱處理便在這些加熱爐中進(jìn)行，如基本熱處理中的退火、淬火、回火、化學(xué)熱處理的滲碳、滲氮、滲鋁、氣相多元復(fù)合共滲、滲鉻或去氫等等
因此，加熱爐內(nèi)的溫度測(cè)量就成為熱處理的重要工藝參數(shù)測(cè)量。每一種熱處理工藝規(guī)范中，溫度是很重要的內(nèi)容。如果溫度測(cè)量不準(zhǔn)確，熱處理工藝規(guī)范就得不到正確的執(zhí)行，以至造成產(chǎn)品質(zhì)量下降甚至報(bào)廢。溫度的測(cè)量與控制是熱處理工藝的關(guān)鍵，也是影響變形的關(guān)鍵因素。

工藝溫度降低后工件的高溫強(qiáng)度損失相對(duì)減少，塑性抗力增強(qiáng)。這樣工件的抗應(yīng)力變形、抗淬火變形、抗高溫蠕變的綜合能力增強(qiáng)，變形就會(huì)減少。

工藝溫度降低后工件加熱、冷卻的溫度區(qū)間減少，由此而引起的各部位溫度不一致性也會(huì)降低，由此而導(dǎo)致的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力也相對(duì)減少，這樣變形就會(huì)減少；

如果工藝溫降低、且熱處理工藝時(shí)間縮短，則工件的高溫蠕變時(shí)間減少，變形也會(huì)減少。

二、變形的其它影響因素及減小措施

1.預(yù)備熱處理
正火硬度過(guò)高、混晶、大量索氏體或魏氏組織都會(huì)使內(nèi)孔變形增大，所以要用控溫正火或等溫退火來(lái)處理鍛件。金屬的正火、退火以及在進(jìn)行淬火之前的調(diào)質(zhì)，都會(huì)對(duì)金屬最終的變形量產(chǎn)生一定的影響，直接影響到的是金屬組織結(jié)構(gòu)上的變化。實(shí)踐證明，在正火時(shí)采用等溫(分級(jí))淬火可有效地使金屬組織結(jié)構(gòu)趨于均勻，從而使其變形量減小。
2.運(yùn)用合理的冷卻方法
金屬淬火后冷卻過(guò)程對(duì)變形的影響也是很重要的一個(gè)變形原因。在淬透的情況下，熱油淬火比冷油淬火變形小，一般控制在100±20℃。油的冷卻能力對(duì)變形也是至關(guān)重要的。淬火的攪拌方式和速度均影響變形。

金屬熱處理冷卻速度越快，冷卻越不均勻，產(chǎn)生的應(yīng)力越大，模具的變形也越大?？梢栽诒ＷC模具硬度要求的前提下，盡量采用預(yù)冷；采用分級(jí)冷卻淬火能顯著減少金屬淬火時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，是減少一些形狀較復(fù)雜工件變形的有效方法；對(duì)一些特別復(fù)雜或精度要求較高的工件，利用等溫(或分級(jí))淬火能顯著減少變形。

3.零件結(jié)構(gòu)要合理
金屬熱處理后在冷卻過(guò)程中，總是薄的部分冷得快，厚的部分冷得慢。在滿足實(shí)際生產(chǎn)需要的情況下，應(yīng)盡量減少工件厚薄懸殊，零件截面力求均勻，以減少過(guò)渡區(qū)因應(yīng)力集中產(chǎn)生畸變和開(kāi)裂傾向；工件應(yīng)盡量保持結(jié)構(gòu)與材料成分和組織的對(duì)稱性，以減少由于冷卻不均引起的畸變；工件應(yīng)盡量避免尖銳棱角、溝槽等，在工件的厚薄交界處、臺(tái)階處要有圓角過(guò)渡；盡量減少工件上的孔、槽筋結(jié)構(gòu)不對(duì)稱；厚度不均勻零件采用預(yù)留加工量的方法。
4.采用合理的裝夾方式及夾具
目的使工件加熱冷卻均勻，以減少熱應(yīng)力不均，組織應(yīng)力不均，來(lái)減小變形，可改變裝夾方式，盤(pán)類零件與油面垂直，軸類零件立裝，使用補(bǔ)償墊圈，支承墊圈，疊加墊圈等，花鍵孔零件可用滲碳心軸等。
5.機(jī)械加工
當(dāng)熱處理是工件加工過(guò)程的最后工序時(shí)，熱處理畸變的允許值應(yīng)滿足圖樣上規(guī)定的工件尺寸，而畸變量要根據(jù)上道工序加工尺寸確定。為此，應(yīng)按照工件的畸變規(guī)律，熱處理前進(jìn)行尺寸的預(yù)修正，使熱處理畸變正好處于合格范圍內(nèi)。當(dāng)熱處理是中間工序時(shí)，熱處理前的加工余量應(yīng)視為機(jī)加工余量和熱處理畸變量之和。通常機(jī)械加工余量易于確定，而熱處理由于影響因素多比較復(fù)雜，因此為機(jī)械加工留出足夠的加工余量，其余均可作為熱處理允許畸變量。熱處理后再加工，根據(jù)工件的變形規(guī)律，施用反變形、收縮端預(yù)脹孔，提高淬火后變形合格率。
6.采用合適的介質(zhì)
在保證同樣硬度要求的前提下，盡量采用油性介質(zhì)，實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐證明，再其他條件無(wú)差異的前提下，油性介質(zhì)的冷卻速度較慢，而水性介質(zhì)的冷卻速度則相對(duì)快一些。而且，和油性介質(zhì)相比，水溫變化對(duì)水性介質(zhì)冷卻特性的影響較大，在同樣的熱處理?xiàng)l件下，油性介質(zhì)相對(duì)水性介質(zhì)淬火后的變形量要相對(duì)小要穩(wěn)定。

結(jié)論

熱處理能改善零件的力學(xué)性能，提高零件的強(qiáng)度和硬度，滿足各種性能需要，但引起的變形影響是不可避免的。在選擇預(yù)防熱處理變形的具體方法時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況制定具體辦法，許多辦法都是源于實(shí)踐，要反復(fù)試驗(yàn)才能探索規(guī)律。