工件的(de)(de)熱處理變形(xing)：主要是由于熱處理應(ying)力造成的(de)(de)。工件的(de)(de)結構形(xing)狀、原材料質量、熱處理前的(de)(de)加(jia)(jia)工狀態、工件的(de)(de)自重以及(ji)工件在爐中加(jia)(jia)熱和和冷卻時的(de)(de)支承(cheng)或(huo)夾持不當(dang)等因素也能引起變形(xing)。
小編經(jing)常接到這樣的咨詢：我的產品是精密零件，熱處理(li)后會不會變形呢？今天小編就跟大家聊一聊關于熱處理(li)變形的那些事。
在實際生產中，熱(re)處(chu)理變(bian)形(xing)給后(hou)續(xu)工(gong)序(xu)，特(te)別(bie)是(shi)機械加工(gong)增(zeng)加了很(hen)多困難，影響了生產效率，因(yin)變(bian)形(xing)過大而導(dao)致報(bao)廢，增(zeng)加了成本。變(bian)形(xing)是(shi)熱(re)處(chu)理比(bi)較(jiao)難以解決的(de)問(wen)題，要xx不變(bian)形(xing)是(shi)不可能的(de)，一般是(shi)把變(bian)形(xing)量控制在一定范圍內。
一、熱處理變形產(chan)生(sheng)的原因(yin)
鋼(gang)在熱處(chu)理的加熱、冷(leng)卻過(guo)程中(zhong)可能會產(chan)生變(bian)(bian)形(xing)，甚至開裂，其(qi)原因(yin)是由(you)于(yu)淬(cui)火應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)的存在。淬(cui)火應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)分為熱應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)和組(zu)織應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)兩種。由(you)于(yu)熱應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)和組(zu)織應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)作用，使熱處(chu)理后零件產(chan)生不同殘留應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)，可能引起(qi)變(bian)(bian)形(xing)。當應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)大(da)于(yu)材(cai)料的屈服強度時(shi)變(bian)(bian)形(xing)就(jiu)會產(chan)生，因(yin)此(ci)，淬(cui)火變(bian)(bian)形(xing)還與(yu)鋼(gang)的屈服強度有關，材(cai)料塑性變(bian)(bian)形(xing)抗(kang)力(li)(li)越大(da)，其(qi)變(bian)(bian)形(xing)程度越小。
1.熱應力
在加熱和冷卻時由(you)于零件(jian)表(biao)(biao)里有溫差存在造成熱脹冷縮的不一(yi)致而(er)產(chan)生熱應(ying)(ying)力。零件(jian)由(you)高溫冷卻時表(biao)(biao)面(mian)(mian)散熱快，溫度低于心(xin)(xin)(xin)部，因此表(biao)(biao)面(mian)(mian)比心(xin)(xin)(xin)部有更大(da)的體積收縮傾(qing)向，但受心(xin)(xin)(xin)部阻礙而(er)使表(biao)(biao)面(mian)(mian)受拉應(ying)(ying)力，而(er)心(xin)(xin)(xin)部則受壓應(ying)(ying)力。表(biao)(biao)里溫差增大(da)應(ying)(ying)力也增大(da)。
2.組織應力
組(zu)織應力是因為(wei)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)與其轉變(bian)(bian)產(chan)物的比(bi)容不(bu)同(tong)，零件(jian)的表(biao)面和心部(bu)或零件(jian)各部(bu)分(fen)之間(jian)的組(zu)織轉變(bian)(bian)時間(jian)不(bu)同(tong)而產(chan)生(sheng)的。由(you)(you)于奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)比(bi)容最小，淬(cui)火(huo)冷(leng)卻(que)時必然發(fa)生(sheng)體(ti)(ti)積(ji)(ji)增加。淬(cui)火(huo)時表(biao)面先開(kai)始(shi)馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)轉變(bian)(bian)，體(ti)(ti)積(ji)(ji)增大(da)，心部(bu)仍(reng)為(wei)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)體(ti)(ti)積(ji)(ji)不(bu)變(bian)(bian)。由(you)(you)于心部(bu)阻礙表(biao)面體(ti)(ti)積(ji)(ji)增大(da)，表(biao)面產(chan)生(sheng)壓應力， 心部(bu)產(chan)生(sheng)拉(la)應力[1]。
二、減少和控制熱處理變形的方法
1.合理(li)選材和提(ti)高硬度(du)要求
對(dui)于(yu)形狀(zhuang)(zhuang)復雜，截面尺寸相差較大而又(you)要(yao)求變形較小的(de)零件，應選(xuan)(xuan)擇淬透性(xing)較好的(de)材(cai)料，以便使(shi)用(yong)較緩和的(de)淬火冷(leng)卻介質淬火。對(dui)于(yu)薄板狀(zhuang)(zhuang)精密零件，應選(xuan)(xuan)用(yong)雙向軋制(zhi)板材(cai)，使(shi)零件纖維方向對(dui)稱(cheng)。對(dui)零件的(de)硬度(du)(du)要(yao)求，在滿(man)足使(shi)用(yong)要(yao)求前提下(xia)，盡量選(xuan)(xuan)擇下(xia)限硬度(du)(du)。
2.正確設計零件
零(ling)件(jian)外形應(ying)盡量簡單、均勻(yun)、結構(gou)對稱，以免因冷(leng)卻不均勻(yun)，使變(bian)形開裂傾(qing)向增(zeng)大。盡量避免截面尺寸突然變(bian)化(hua)，減少溝槽和薄邊，不要有尖銳棱角。避免較深(shen)的不通孔。長形零(ling)件(jian)避免截面呈橫(heng)梯形。
3.合理安(an)排生(sheng)產路線，協調(diao)冷(leng)熱(re)加工與熱(re)處理的(de)關系
對于形狀復雜(za)、精(jing)(jing)度(du)要求高的零件，應在(zai)粗、精(jing)(jing)加(jia)工之(zhi)間進行預先處(chu)理，如xx應力、退(tui)火等。做好毛坯預備熱處(chu)理，使組織更加(jia)均(jun)勻化[2]。
4.改進(jin)熱(re)處理工藝和操作(zuo)
（1）熱(re)處理溫度的控制
在滿足熱處理工藝要求的(de)情況下，盡量(liang)降低淬火加(jia)熱溫度且縮短保溫時間，這樣(yang)零件的(de)高溫強(qiang)度損失較少。塑性抗力增強(qiang)，零件的(de)抗應力形(xing)變(bian)、抗淬火變(bian)形(xing)的(de)綜合(he)能力增強(qiang)，從而減少了(le)變(bian)形(xing)。
（2）選(xuan)擇較緩和的淬火冷卻(que)介質(zhi)
冷(leng)卻(que)是(shi)淬火(huo)(huo)的(de)(de)(de)關(guan)鍵工(gong)序(xu)，它關(guan)系(xi)到淬火(huo)(huo)質(zhi)量(liang)的(de)(de)(de)好壞(huai)，也(ye)是(shi)淬火(huo)(huo)工(gong)藝中最容易出現問題(ti)的(de)(de)(de)環節(jie)，金屬淬火(huo)(huo)后冷(leng)卻(que)過程對(dui)變(bian)(bian)(bian)形的(de)(de)(de)影響也(ye)是(shi)很重要的(de)(de)(de)一(yi)個原因。熱油淬火(huo)(huo)比冷(leng)油淬火(huo)(huo)變(bian)(bian)(bian)形小(xiao)，一(yi)般控制在90℃左右。在保(bao)證硬度(du)的(de)(de)(de)前(qian)提下(xia)，盡量(liang)采(cai)用油性(xing)介(jie)質(zhi)，油性(xing)介(jie)質(zhi)冷(leng)卻(que)速度(du)較慢(man)，而(er)水性(xing)介(jie)質(zhi)冷(leng)卻(que)速度(du)相對(dui)快一(yi)些，而(er)且水溫變(bian)(bian)(bian)化對(dui)水性(xing)介(jie)質(zhi)冷(leng)卻(que)特性(xing)影響較大。
采(cai)用(yong)分級(ji)淬火(huo)能顯(xian)著減少(shao)金屬淬火(huo)時產牛的(de)熱應(ying)力和(he)組(zu)織(zhi)應(ying)力，是減少(shao)一些形狀(zhuang)復雜零(ling)件的(de)有效(xiao)辦(ban)法。這種淬火(huo)方法由于在馬(ma)氏(shi)(shi)體轉變前零(ling)件各部分溫(wen)度已經趨于均勻，并在緩慢冷卻(que)條件下完成(cheng)馬(ma)氏(shi)(shi)體轉變，這樣不僅減小(xiao)了(le)淬火(huo)熱應(ying)力，而且(qie)顯(xian)著降低組(zu)織(zhi)應(ying)力，因(yin)而有效(xiao)地減小(xiao)或預防止零(ling)件淬火(huo)變形。
等溫(wen)淬火也能(neng)顯著減小零件(jian)變(bian)形(xing)，等溫(wen)淬火與(yu)分(fen)級淬火的區(qu)別(bie)在于前者獲(huo)得下貝氏(shi)體(ti)(ti)組(zu)織，由于下貝氏(shi)體(ti)(ti)組(zu)織的強度(du)、硬度(du)較(jiao)高，而且韌性(xing)良好，比熱(re)容比馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)的比熱(re)容小，組(zu)織轉變(bian)時零件(jian)內外溫(wen)度(du)一致(zhi)，故淬火組(zu)織應力也較(jiao)小。等溫(wen)淬火和(he)分(fen)級淬火只能(neng)適用于尺寸較(jiao)小的零件(jian)。
（3）正確掌握熱處理操作方法
為了減小和(he)控制(zhi)熱(re)處理變形還必(bi)須正確掌(zhang)握熱(re)處理操作方法。截(jie)面均(jun)勻冷卻時(shi)，如(ru)細長軸類（絲錐、軸）垂直(zhi)淬(cui)入，上(shang)下移動，也有垂直(zhi)逐漸(jian)淬(cui)入并靜(jing)止不動。截(jie)面不均(jun)勻冷卻時(shi)，水平快速(su)淬(cui)入或傾斜淬(cui)入，如(ru)厚薄(bo)不均(jun)零件(jian)，應(ying)(ying)將厚的(de)部分先淬(cui)入。對(dui)于(yu)薄(bo)片(pian)應(ying)(ying)側(ce)向進入，對(dui)帶(dai)有孔和(he)凹(ao)面零件(jian)，應(ying)(ying)將盲孔和(he)凹(ao)面朝上(shang)淬(cui)入，以(yi)利于(yu)氣泡(pao)排出。總之，要使零件(jian)各處冷速(su)均(jun)勻，有些需(xu)要防護的(de)零件(jian)做好淬(cui)火(huo)前(qian)保護。
三(san)、已變(bian)形零件的挽救方法
盡管采取減(jian)少變形措施(shi)，但(dan)變形仍(reng)不可避免，因此進行補救是很必要的，常用的方(fang)法有冷(leng)校(xiao)直(zhi)(zhi)和熱校(xiao)直(zhi)(zhi)。如果(guo)淬(cui)火(huo)回火(huo)后硬度低于40HRC的零件，可以采用冷(leng)校(xiao)直(zhi)(zhi)直(zhi)(zhi)接用壓力(li)機校(xiao)正。如果(guo)金屬在(zai)淬(cui)火(huo)冷(leng)卻過程中，尚未冷(leng)卻到馬氏(shi)體開始轉變溫度點以下，此時零件塑(su)性較好，進行加壓校(xiao)直(zhi)(zhi)效果(guo)良好，校(xiao)直(zhi)(zhi)時加力(li)應注意緩(huan)慢(man)[3]。
四(si)、結語
熱處(chu)理(li)(li)(li)能(neng)改善零(ling)件的(de)力學性能(neng)，提高零(ling)件的(de)強(qiang)度(du)和硬度(du)，滿足(zu)各種性能(neng)需要(yao)，但引起的(de)變(bian)形(xing)(xing)影響是不可避免(mian)的(de)。在選擇預(yu)防(fang)熱處(chu)理(li)(li)(li)變(bian)形(xing)(xing)的(de)具(ju)體(ti)方法(fa)時，應(ying)根據(ju)具(ju)體(ti)情(qing)況制(zhi)定(ding)具(ju)體(ti)辦法(fa)，許多辦法(fa)都是源(yuan)于實(shi)踐，要(yao)反(fan)復試驗(yan)才能(neng)探索規(gui)律。我(wo)們(men)要(yao)重視(shi)現階(jie)段的(de)熱處(chu)理(li)(li)(li)技術(shu)，不斷學習先進技術(shu)，同(tong)時發展(zhan)自主創新，不斷提高熱處(chu)理(li)(li)(li)零(ling)件的(de)質量及(ji)合格率，為熱處(chu)理(li)(li)(li)發展(zhan)做出貢獻。
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