熱處理變形造成批量精密鋼質零件、模具、氣瓶的報廢而給鋼質產品制造企業帶來經濟損失。因此，有必要針對鋼質產品熱處理變形問題進行研究。本文將從熱處理變形種類及變形特點著手，進而闡述熱處理變形原因，{zh1}針對熱處理變形原因提出熱處理變形控制方法。

一、變形的原因

　　鋼的(de)(de)變(bian)形主要(yao)原(yuan)因(yin)是鋼中存在(zai)內(nei)應(ying)(ying)力(li)(li)或(huo)者(zhe)外部施(shi)加(jia)(jia)的(de)(de)應(ying)(ying)力(li)(li)。內(nei)應(ying)(ying)力(li)(li)是因(yin)溫度分(fen)布不均勻或(huo)者(zhe)相變(bian)所致(zhi)，殘(can)余(yu)應(ying)(ying)力(li)(li)也是原(yuan)因(yin)之一(yi)。外應(ying)(ying)力(li)(li)引起的(de)(de)變(bian)形主要(yao)是由于工件自(zi)重而(er)造(zao)成的(de)(de)“塌陷”，在(zai)特殊情況下也應(ying)(ying)考慮碰(peng)撞被加(jia)(jia)熱的(de)(de)工件，或(huo)者(zhe)夾(jia)持(chi)工具夾(jia)持(chi)所引起的(de)(de)凹陷等。變(bian)形包(bao)括彈性變(bian)形和塑性變(bian)形兩種。尺寸(cun)變(bian)化(hua)主要(yao)是基于組織轉變(bian)，故表現(xian)(xian)出(chu)同樣的(de)(de)膨脹和收縮(suo)(suo)，但當工件上有孔穴或(huo)者(zhe)復雜形狀工件，則(ze)將導致(zhi)附加(jia)(jia)的(de)(de)變(bian)形。如(ru)(ru)果淬火(huo)形成大(da)量(liang)(liang)馬氏體則(ze)發生(sheng)膨脹，如(ru)(ru)果產生(sheng)大(da)量(liang)(liang)殘(can)余(yu)奧(ao)氏體則(ze)相應(ying)(ying)的(de)(de)要(yao)收縮(suo)(suo)。此外，回(hui)火(huo)時一(yi)般發生(sheng)收縮(suo)(suo)，而(er)出(chu)現(xian)(xian)二次硬(ying)化(hua)現(xian)(xian)象(xiang)的(de)(de)合(he)金鋼則(ze)發生(sheng)膨脹，如(ru)(ru)果進行深冷(leng)處理，則(ze)由于殘(can)余(yu)奧(ao)氏體的(de)(de)馬氏體化(hua)而(er)進一(yi)步膨脹，這(zhe)些組織的(de)(de)比容都隨著(zhu)含(han)碳量(liang)(liang)的(de)(de)增(zeng)加(jia)(jia)而(er)增(zeng)大(da)，故含(han)碳量(liang)(liang)增(zeng)加(jia)(jia)也使尺寸(cun)變(bian)化(hua)量(liang)(liang)增(zeng)大(da)。

二、淬火變形的(de)主(zhu)要發(fa)生時段

1加(jia)熱過(guo)(guo)程：工(gong)件(jian)在加(jia)熱過(guo)(guo)程中，由于內應力逐漸釋放而產生變形。

2保溫過程：以自(zi)重塌陷變形為主，即(ji)塌陷彎曲。

3冷卻過程：由于不均勻冷卻和組織轉(zhuan)變而(er)至(zhi)變形。

三、加熱與變(bian)形(xing)

當加(jia)(jia)熱大型(xing)工(gong)(gong)件時(shi)，存(cun)在(zai)殘(can)(can)余應(ying)力或者加(jia)(jia)熱不(bu)均勻，均可產生變形(xing)。殘(can)(can)余應(ying)力主要(yao)來源于加(jia)(jia)工(gong)(gong)過程。當存(cun)在(zai)這些應(ying)力時(shi)，由于隨著溫度的(de)升高，鋼的(de)屈服強度逐漸(jian)下降，即(ji)使加(jia)(jia)熱很(hen)(hen)均勻，很(hen)(hen)輕微的(de)應(ying)力也會導致變形(xing)。

一般，工件(jian)的外緣部位殘(can)余應力(li)較高，當溫度的上升從外部開始進行時，外緣部位變(bian)(bian)(bian)形(xing)較大，殘(can)余應力(li)引(yin)起(qi)的變(bian)(bian)(bian)形(xing)包(bao)括彈性變(bian)(bian)(bian)形(xing)和塑性變(bian)(bian)(bian)形(xing)兩種。

加(jia)熱(re)(re)時產(chan)生(sheng)的(de)熱(re)(re)應(ying)(ying)力(li)和想變(bian)應(ying)(ying)力(li)都(dou)是(shi)導致變(bian)形的(de)原因。加(jia)熱(re)(re)速(su)度(du)(du)(du)越快(kuai)、工(gong)件尺(chi)寸越大(da)、截面變(bian)化越大(da)，則加(jia)熱(re)(re)變(bian)形越大(da)。熱(re)(re)應(ying)(ying)力(li)取(qu)決于(yu)溫度(du)(du)(du)的(de)不均勻分(fen)布程(cheng)度(du)(du)(du)和溫度(du)(du)(du)梯度(du)(du)(du)，它們都(dou)是(shi)導致熱(re)(re)膨脹(zhang)發生(sheng)差異的(de)原因。如果熱(re)(re)應(ying)(ying)力(li)高(gao)于(yu)材(cai)料(liao)的(de)高(gao)溫屈服(fu)點，則引(yin)起塑(su)性(xing)變(bian)形，這種塑(su)性(xing)變(bian)形就表現為“變(bian)形”。

相(xiang)變(bian)應力主要(yao)源于相(xiang)變(bian)的(de)不等時(shi)性(xing)，即(ji)材(cai)(cai)料(liao)一部(bu)分發(fa)(fa)生相(xiang)變(bian)，而其它部(bu)分還未發(fa)(fa)生相(xiang)變(bian)時(shi)產(chan)生的(de)。加熱(re)(re)時(shi)材(cai)(cai)料(liao)的(de)組織轉(zhuan)變(bian)成奧氏體發(fa)(fa)生體積收縮時(shi)可出現塑性(xing)變(bian)形(xing)。如果材(cai)(cai)料(liao)的(de)各部(bu)分同(tong)時(shi)發(fa)(fa)生相(xiang)同(tong)的(de)組織轉(zhuan)變(bian)，則不產(chan)生應力。為此，緩慢加熱(re)(re)可以適當降(jiang)低加熱(re)(re)變(bian)形(xing)，{zh0}采(cai)用預(yu)熱(re)(re)。

此外(wai)，由于加熱(re)中因(yin)自重而出現“塌陷(xian)”變形的情況非常多(duo)，加熱(re)溫度(du)越(yue)高，加熱(re)時間越(yue)長，“塌陷(xian)”現象越(yue)嚴(yan)重。

四、冷卻與變形

冷卻不(bu)均(jun)時將產(chan)生熱應(ying)力(li)(li)(li)導致變形發生。因工(gong)件的(de)外緣和(he)內部存在(zai)冷卻速度(du)差(cha)異，該(gai)熱應(ying)力(li)(li)(li)是不(bu)可避免(mian)的(de)，淬火情況下(xia)，熱應(ying)力(li)(li)(li)與組織(zhi)應(ying)力(li)(li)(li)疊加(jia)，變形更(geng)為復雜(za)。加(jia)之組織(zhi)的(de)不(bu)均(jun)勻、脫碳等，還(huan)會(hui)導致相變點出(chu)現差(cha)異，相變的(de)膨脹量(liang)也有所不(bu)同。

總之(zhi)，“變(bian)形(xing)”是(shi)相變(bian)應力(li)(li)(li)和熱應力(li)(li)(li)共同所致，但并非全部應力(li)(li)(li)都(dou)消(xiao)耗在變(bian)形(xing)上，而是(shi)一部分作為殘余應力(li)(li)(li)存在于工件(jian)中，這種應力(li)(li)(li)就(jiu)是(shi)導致時效(xiao)變(bian)形(xing)和時效(xiao)裂紋的(de)原因。

因(yin)冷(leng)卻而(er)導致的變形表現為以下幾種形式：

1、件(jian)急(ji)冷初期，急(ji)冷的(de)一側凹陷，然后轉為凸起(qi)，結果快冷的(de)一面凸起(qi)，這種情況屬于(yu)熱(re)應力引起(qi)的(de)變形(xing)大于(yu)相變引起(qi)的(de)變形(xing)。

2由(you)(you)熱(re)應力所引起的(de)(de)(de)變(bian)形(xing)是鋼料趨(qu)(qu)于球形(xing)化（見圖1），而由(you)(you)相變(bian)應力所引起的(de)(de)(de)變(bian)形(xing)則使之趨(qu)(qu)于繞線軸(zhou)狀（見圖2）。因此淬(cui)火(huo)冷(leng)卻(que)所致的(de)(de)(de)變(bian)形(xing)表(biao)現(xian)為兩者的(de)(de)(de)結合（圖3），按照淬(cui)火(huo)方式的(de)(de)(de)不(bu)同，表(biao)現(xian)出不(bu)同的(de)(de)(de)變(bian)形(xing)如圖4所示。

3僅對內(nei)(nei)(nei)(nei)孔部分淬火時，內(nei)(nei)(nei)(nei)孔收縮。將整個(ge)環(huan)形工件加熱整體淬火時，其外(wai)徑總是增大(da)，而內(nei)(nei)(nei)(nei)徑則根據尺寸的不同時漲時縮，一般內(nei)(nei)(nei)(nei)徑大(da)時，內(nei)(nei)(nei)(nei)孔漲大(da)，內(nei)(nei)(nei)(nei)徑小時，內(nei)(nei)(nei)(nei)孔收縮。

五冷處理與變形

冷(leng)處理促進(jin)馬氏體轉變，溫(wen)度較低(di)，產(chan)生(sheng)的(de)變形(xing)比淬火冷(leng)卻要(yao)小，但此時產(chan)生(sheng)的(de)應(ying)力(li)(li)較大(da)，由于殘余應(ying)力(li)(li)、相變應(ying)力(li)(li)和熱應(ying)力(li)(li)等的(de)疊加容易導致開裂。

六回火與變形

工件在回火過程(cheng)中由于內(nei)應力的均勻化(hua)(hua)、減小甚(shen)至(zhi)消失，加上組織發生變化(hua)(hua)，變形趨于減小，但同時(shi)，一(yi)旦出現變形，也是(shi)很難矯正的。為了矯正這(zhe)種變形，多采用加壓回火或噴丸硬化(hua)(hua)等方(fang)法。

七重(zhong)復淬火與變形(xing)

通常情況下，一次(ci)淬(cui)(cui)火后的工件未經過(guo)(guo)中間退(tui)火而進(jin)行重(zhong)復淬(cui)(cui)火，將增大變(bian)形(xing)(xing)。圖5為(wei)重(zhong)復淬(cui)(cui)火引(yin)起的變(bian)形(xing)(xing)，經過(guo)(guo)重(zhong)復淬(cui)(cui)火，其變(bian)形(xing)(xing)累加而趨于球狀，容易產生龜裂(lie)，但形(xing)(xing)狀相對穩(wen)定(ding)了(le)，不(bu)再(zai)容易產生變(bian)形(xing)(xing)了(le)，因此重(zhong)復淬(cui)(cui)火前應增加中間退(tui)火，重(zhong)復淬(cui)(cui)火次(ci)數應小于等于2次(ci)（不(bu)含首次(ci)淬(cui)(cui)火）。

八余應力與變形

加熱過程中，在450℃左右，鋼由彈性體轉變為塑性體，因此很容易呈上升塑性變形。同時，殘余應力在約高于此溫度時也將因再結晶而消失。因此，快速加熱時，由于工件內外部存在溫度差，外部達到450℃變成了塑性區，受而內部溫度較低處存在殘余應力作用而發生變形，冷卻后，該區域就是出現變形的地方。由于實際生產過程中，很難實現均勻、緩慢加熱，淬火前進行xx應力退火是非常重要的，除了通過加熱xx應力外，對于大型零件采用振動xx應力也是有效的。           //nii-tech.cn