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热处理变形要点

热处理变形：

一:钢的内应力及应力变形:

1.热应力:冷却初期表面为拉应力,心部为压应力.冷却最终则是表面为压应力,心部为拉应力.

组织应力:冷却初期表面为压应力,心部为拉应力.冷却最终则是表面为拉应力,心部为压应力. 附加应力:因表面和心部组织结构的不均匀性及钢件内部的弹塑性变形不一致形成的内应力. 局部淬火或表面淬火:表层呈现压应力,中心呈现拉应力.

渗碳件淬火:冷却初期表面为拉应力,心部为压应力.冷却最终则是表面为压应力,心部为拉应力.(最大的压应力不在渗碳层的最外层,而存在于渗碳层表面以里约50-60%的深度处,此处碳浓度低于0.5%).

2.影响钢的内应力的因素:

1)钢的化学成分的影响:

在全淬透的情况下,试样表层和中心显现压应力,中间层显现拉应力,故表层的应力分布以热应力为主,而内部则以组织应力主.随着含碳量的增加,热应力减弱,组织应力逐渐增强,因此表层的压应力减小,中间层的拉应力略有下降,心部的压应力则增大,且中间层的拉应力最大值随含碳量的增加而移向表层.因切向应力较大,故对高碳钢极易产生纵向裂纹.

在未淬透的情况下,钢件表层为压应力,心部为拉应力.淬透性愈小,表层压应力愈大.

Ms点温度较高的钢,热应力作用较强烈,残余拉应力最大值移向中心,表层显现压应力.

2)淬火工艺的影响:

淬火加热温度愈高,产生的淬火应力愈大,但径向应力变化较小,切向和轴向应力变化较大.加热温度高,还易于造成钢的过热,即组织粗大化而导致脆性增大,易引起开裂.

a:水淬钢全部淬透时,其应力分布为表面和心部呈压应力,中间区域呈拉应力,即属于热应力和组织应力重叠型的分布规律.当中心未淬透时,表面被淬火部分受压应力,中心受拉应力作用. b:油中全淬透时,表层具有拉应力,心部为压应力,即属于单一的组织应力分布规律.未淬透时,表层具有压应力,心间为拉应力,但应力变化较缓和.

c:在穿透淬火时,水淬钢的最大拉应力值显现在钢件表面附近,油淬钢的拉应力显现在钢的表面.这种表面附近的拉应力是形成淬火裂纹的主要危险.这时切向应力大于轴向应力,易形成纵向裂纹.

3)钢件尺寸大小和形状的影响:

内孔直径很小的圆套筒的淬火应力是内孔的表面和外表面具有压应力,中间层为拉应力.内孔直径稍大时,随壁厚的减小热应力的影响急剧减小,从而其残余应力的分布是内表面和外表面具有拉应力,中间层具有压应力.在淬火效果差时,内表面产生的拉应力将很大,故内径小的高碳钢套筒内壁易产生淬火裂纹.内径进一步增大,壁厚进一步减小时,组织应力的影响增强,热应力分布减弱,则总的淬火应力趋于降低.

4)钢件表面脱碳的影响:脱碳使得钢伯的脱碳层具有拉应力.

脱碳层浓度不同,其应力分布也有差别:随脱碳层浓度的增加,表面的切向应力由压应力转变为拉应力.轴向应力则随脱碳层浓度的增加,开始为拉应力而后转为压应力.

3.钢的内应力的分解:

1)径向应力:

2)轴向应力:

3)切向应力:

3.钢件表面淬火时的残余应力:

1)高频淬火后钢的内应力:

2)火焰淬火后钢的内应力:

表面具有压应力,中心具有拉应力.

4.化学热处理后钢件内的残余应力:

1)渗碳淬火后钢的内应力:

2)氮化钢的内应力:

2.热应力塑性变形的作用

结果是使轴类零件的长度收缩,直径变粗;使饼形零件直径收缩,厚度增加;使环形零件的内孔和外径收缩,厚度增加.在生产中主要表现为零件的尺寸收缩.如50#,T10A钢,φ20×200试样加热至720-740℃水淬一次,长度方向的收缩变形量约0.4mm.

因淬火时形成的马氏体比容比奥氏体的大,硬度高,塑性条件差,故钢淬火冷至马氏体转变区的应力变形主要以拉伸应力变形为主.组织应力使杆状零件长度伸长,直径减缩;使圆饼形零件直径胀大,厚度减少.

3.杆状零件,一般应力作用的主导主向都是轴向.圆饼形零件主导应力主向都是径向.简单的立

方体零件应力最集中的部位是八条棱角边.应力变形取决于主导应力方向应力作用类型和大小.

4.淬火体积变形的大小还与下列因素有关:

1).淬火前后的组织比容差别:

2).提高淬火加热温度时,奥氏体中合金元素的溶解量增加,使淬火后马氏体比容增大,但同时引

起残余奥氏体量增加.在常规淬火范围内,对低合金工具钢,多数是以提高淬火加热温度使马氏体比容增大引起体积变形增加的效应为主，而对高碳高铬钢则不同

3).零件全淬透时体积变形量最大,淬硬层愈浅,体积变形量愈小.

4).凡使残余奥氏体量增加的各种方法如分级等温淬火,等温级冷等都可使体积变形量减少.

5).除在回火时促使残余奥氏体转变的情况外,其它回火形式都使体积尺寸收缩.

淬火冷却激烈的碳素钢零件内应力塑性变形大.采用分级等温淬火的高合金钢内应力变形小.

碳和合金含量高,淬透性好的高合金钢比容变形表现比较明显.只有淬火后能控制残余奥氏体量和马氏体温表合金浓度并能运用分级等温淬火的钢种比容变形和内应力变形都较小.

二:钢件的热处理裂纹:

1.纵向裂纹:由工件表面裂向心部的深度较大的裂纹.它往往发生在完全淬透的工件上.是由切

向应力引起的.

2.横向裂纹和弧形裂纹:往往性生于大锻件的热处理时.断口特点是垂直于轴向方向,断口中心

附近有破坏的起点,以此为中心向四周有放射的断裂扩张痕迹.横向断裂属于热应力引起.弧形裂纹往往发生在未淬透的或经过渗碳淬火的工件上,主要产生于工件的内部,工在尖锐棱角及孔洞附近,即易于造成应力集中处.

3.表面裂纹:

4.剥离裂纹:

5.影响淬火裂纹的因素:

1)钢的化学成分对淬火裂纹敏感性的影响:

2)原材料缺陷对淬火时形成裂纹的影响:

3)钢件结构特点对形成裂纹的影响:

4)淬火前原始组织和应力状态对裂纹的影响:

5)加热因素对形成裂纹的影响:

6)冷却因素对形成裂纹的影响:

6.防止淬火裂纹的措施:

1)改善钢件结构,合理选择钢材和确定技术条件:

2)妥善安排冷热加工工序和正确应用预先热处理:

3)正确选择加热介质,加热时间和保温时间:

4)合理选用冷却介质和冷却方法:

5)其它方法:

7.钢件的表面淬火裂纹形成及防止措施:

8.钢件化学热处理裂纹的形成及防止措施:

二:碳素钢

1.中碳钢:含碳较低的钢,水冷淬火沿主导应力方向有较小的胀大变形率,随含碳量的增加变形

率增大,至含碳量达0.45-0.5%时,胀大变形率出现峰值,增至0.45-0.52%. 之后随含碳量增加,胀大变形率又渐渐减小. 当含碳量增至1.0%时,变形率接近零(饼形试样开始出现负值,杆状试样仍有微量胀大).含碳量大于 1.2%时,变形为负值,即表现为主导应力方向上的改缩.同时相对应方向产生少量的相应变形,含碳高的T10, T12钢的非主导应力方向的胀大变形量大于中碳钢.

2.分析:不论在退火状态或淬火状态,钢的比容均随含碳量的增加而增大,淬火前后的比容变化

差,也是随含碳量的增加而增大,而马氏体比容较小的中碳钢40,50在水冷淬透下表现为最大的组织应力特征,而马氏体比容较大的T10, T12却表现为很小的组织变形特征或者是热应力特征,其原因应从淬火冷却过程中热应力和组织应力的作用过去过程和产生塑性变形的条件来分析:

1)M S点温度的高低,直接关系零件冷却时两种应力作用的大小,塑性变形方向和变形量的多

少.其值低时热应力作用区增大,M S接近室温时冷却过程全部处于热应力作用下,变形特征将全部表现为热应力型变形特征.

2)M S温度较高的钢在马氏体转变时的冷却速度较快,M S温度低的钢在马氏体转变区的冷却

速度慢.如5%食盐水在相当于中碳钢转变温度300-500℃时的冷却速度为1600℃/ S,而在相当T10A马氏体转变点180-200℃时的冷却速度降低至350℃/S.

3)M S温度的变化,改变了马氏体转变时相邻区域奥氏体的塑性状态,从而影响了塑性变形阻

力的大小.

4)低碳钢在主导应力方向的胀大变形小于中碳钢,是由于低碳钢具有较低的奥氏体稳定性.即

使是截面很小的试样在水中淬火也难得到纯马氏体组织.另一方面,由于转变产物为低碳马氏体,比容较小,因比容变化差而产生的组织应力和应力塑性变形也较小.

3.影响中碳钢及中碳合金钢淬火变形的因素:

中碳钢及中碳合金钢用水淬火的变形主要表现为主导应力方向的胀大,属于组织应力变形的特征.如圆饼,圆环以及扁方零件,水淬变形主要表现为内孔,外径或长宽,孔距方向的胀大,对筒形零件表现为内孔,外径和高度的胀大.

1)零件的截面尺寸:

A:淬透零件:中碳钢水淬的最大尺寸≤15mm,40Mn,45Mn2V,40Cr约为30-50mm.淬透尺寸范围之内最大变形率是0.45-0.55%.随截面尺寸增大,淬火冷却时温差大,相变的不等时性明显,组织应力增大,应力作用时机的可塑性条件较好,组织应力变形量增大.

B:淬不透零件:当中碳钢截面尺寸为20-25mm时,胀大变形率减小至约0.3%.截面尺寸增加至30-35mm时,水淬胀大变形率减小一对该钢最大变形率的1/2左右,即0.25%左右.中碳钢45,50能淬透截面尺寸约是12-15mm,钢的最大胀大变形率的截面也正好是这个尺寸.

中碳低合金钢水淬时最大胀大变形率可保持到较大的截面尺寸.对40Cr可保持至60-80mm.

2)淬火加热温度:

中碳钢的胀大变形率,是随淬火加热温度的提高而增加的.

3)淬火冷却方式:

A:淬火介质:可低温硝盐中淬火,可明显地减小胀大变形(淬透性差的中碳钢大部分在高温区即开始转变为索氏体等比容变化较小的相结构).采用150-180℃的碱浴淬火时,也能减小胀大变形,但不如硝盐淬的效果好,其变形率一般是0.15-0.25%,但比采用硝盐时的硬度较高.淬透性较高的低合金钢在采用低温硝盐淬火时也能获得较小的胀大变形,但比淬透性差的中碳钢胀大变形量大,一般为0.1-0.15%.

除硝盐外,其它各类水溶性介质防胀大变形效果均不显著.

B:水冷方式:截面厚度均匀的套管,大多数先入水一端的胀大变形量要大于另一端.为防止这一变形,可在先入水前局部预冷先入水一端,或将套筒放在环形铁板上淬火.中碳高合金钢采用油或低温硝盐淬火冷却时,其胀大变形率比其它钢号稳定,一般胀大变形率为0.12-0.14%. 4.回火对变形的影响:零件尺寸均随回火温度的提高而使收缩变形量增加.大多数钢号当回火后

获得HRC35-40的硬度时,其尺寸收缩量大约是淬火后变形量的1/2.

5.淬火胀大变形的控制:有较大灵活性.而高碳工具钢一旦出现淬火收缩则很难恢复.

1):调整淬火前加工余量.截面尺寸小于20mm的中碳钢套筒按零件尺寸的0.4%,截面尺寸

20~50mm的零件按0.2-0.3%.零件尺寸小的中碳合金钢零件可地考虑调整量,零件尺寸大于300mm时可按减小0.1-0.15%来调整.(要注意批时大小和要求的硬度高低)

2)淬火前进先进行收缩处理.

3)用较低的淬火加热温度加热

4)用高频局部加热淬火

5)淬火前进行渗碳处理

6)选择胀大变形小的淬火介质淬火.

7)适当缩短水冷时间并配合等温冷却,即水淬硝盐等温冷却.

8)淬火前进行防止胀大的覆盖保护措施,如包铁皮,石棉.

9)合理调整回火温度

10)淬火前在粗加工后进行调质处理,使钢的原始组织比容增大等.

三碳素工具钢:

T8A,T10A,T12A钢制零件和模具,除截面尺寸很小的套管,薄板细轴等小零件水淬后出现胀大变形外(主要是比容变形),大部分中小截面(大于10mm而小于50mm)的模具,量规等的淬火变形主要都表现为主导应力方向上的尺寸收缩.含碳量高的T12A收缩变形量最大

1.淬火加热温度对T10A,T12A钢变形的影响:

1): 淬火加热温度对截面较小的T10A,T12A钢试样,无论加热温度的高低各个方向上的淬火

变形均倾向于胀大,但随加热温度的升高,主导应力方向上的胀大变形率明显减小,甚至会出现收缩,而相应方向的胀大变形率明显增加.

2)截面尺寸在12-25mm的所有试样在相同的热处理条件下,在主导应力方向上的塑性收缩变

形率比小截面和大截面试样都大,而且收缩变形率受淬火加热温度的影响更为明显,淬火加热温度从770℃升高至830-840℃时,收缩变形率将近增加一倍.

3)所有T10A,T12A试样,淬火后的变形率都是随加热温度的升学高难度,主导应力方向的收缩

变形率增加.如果低温淬火时的最终变形为胀大,则随淬火温度的升高,胀大变压器形逐渐减小或变为收缩变形(但有一定限度)

4)对大截面的过共析钢零件的淬火变形也是随淬火加热温度的提高使收缩变形率增加

5)T10A,T12A不同温度下水淬变形的实质:

截面很小的零件热应力作用很小,最终淬火后变形大部是因比容变化而引起的比容变形.同时提高淬火加热温度,钢的马氏体转变温度降低,使热应力作用增大,组织应力减小,故主导应力方向上热应力收缩变形增加或胀大变形减小.

对T10A,T12A钢,截面厚度为12-20mm的零件,当提高淬火加热温度时,零件的淬透程度必然改变,从只能表面淬硬至整个截面全部淬透,而接近淬透的最大临界截面尺寸比易淬透的小截面和淬不透的大截面零件受淬火加热温度的影响较为敏感,热应力收缩变形也最大.

大截面零件=心部或靠近淬硬层处会较早地发生奥氏体向索氏体或贝氏体转变,抵制了热应力塑性收缩变形的作用,故截面尺寸增大至25mm以上,淬火加热温度对变形的影响高越小. 当淬火加热温度升高至A CM点时,淬火温度对Ms点的影响逐渐消失,故对变形的影响也逐渐减小.

2.淬火加热温度对T8A钢变形的影响:

T'8A与T10A,T12A同属水淬时易收缩变形的刚号,但收缩变形量不如T10A,T12A明显.其不同之处是T8A随淬火加热温度的提高而使胀大变形增加或收缩变形减小,或随淬火温度的提高,变形由收缩转各胀大.

1)截面厚度不大下20mm小截面零件,在常规热处理工艺范围内,淬火后的变形基本为稍量的

胀大变形,淬火温度愈高胀大变形愈大.

2)截面尺寸在25mm附近的零件,较低温度加热时,变形趋向于少量收缩,随淬火温度的提高,淬

火变形转向胀大,并随淬火温度的提出高胀大量增加.

3))截面尺寸大于30mm的零件,淬火温度愈低收缩变形量愈大,只有当淬火温度提高警惕至接

近或超过常规淬火温度上限810-820℃时,才开始出现胀大变形.

4)从控制T8A变形出发,对每一具体零件的淬火温度应根据截面厚度作适当调整.

5)T8A与T10A,T12A变形规律不同的实质是:T8A为共析钢,没有自由碳化物存在,提高淬火温

度基本上不改变奥氏体的碳浓度,故对Ms点的影响不明显,热应力不会增加.而淬火温度提高却使淬透性增加,使心部硬度增加,强化了组织应力的作用.

3.硝盐淬火时的变形:

中碳钢的胀大变形可用收缩处理方法使其尺寸收缩,但对T10A,T12A的收缩变形却没有有效的方法挽救.然而,T10A,T12A钢用硝盐(KNO3 53%+NaNO2 40%+NaNO3 7%另加0.5%水)淬火时,却很少出现收缩变形,常表现出少量的胀大变形,且胀大变形量随淬火温度的而增加.

当采用810-830℃加热,且截面尺寸较小,能在低温硝盐中使模口边缘淬至高硬度的模具,在硝盐中停留1-2min后转油中淬火,则在主导应力方向均表现为0.02-0.03%的胀大变形

1)采用硝盐分级淬火并使零件表面和棱角淬至高硬度时,则棱角部分都是翘起的,而零件平面

部分多数都表现为凹陷,这与用水淬火易收缩变形的零件表面状况正好相反,后者是棱角下塌而中间平面鼓起.两种淬火方式出现不同表面形态特征,实质是两种不同淬火冷却方式,导致零件在冷却时沿截面的各个区域组织转变先后次序发生了改变,从而改变了冷却过程中的应力作用状况和应力塑性变形方向

2)水淬碳工钢在能淬透情况下,总是零件的表面或棱角首先转变为马氏体,而在用硝盐分级淬火

焊,零件表面和棱角在高温共能躲过S曲线鼻部的产部分淬硬区,总是在零件从硝盐中取出后空冷或油冷时才大量转变为马氏体,但不能淬硬的过渡区和心部在表面发生转变之前在温度400-600℃时即转变为索氏体和贝氏体,在过渡区和心部相变完成比容增大的基础上,表面棱角的马氏体转变体积增大,就造成零件尺寸的少量胀大和棱角翘凸.淬火加热温度愈高,胀大变形量也随之增大.

3)硝盐分级淬火时,冷却较慢,产生的热应力和热应力塑性变形都较小,故零件不易产生收缩变

形.

4.回火对变形的影响:

回火时在淬火收缩变形的基础上继续收缩,回火温度愈高收缩变形量愈大.

在240-280回火时,收缩变形率一般为0.06%左右(各种钢差别不大).

5.防止变形的方法:

1)淬火前弄清材料,掌握零件特征并采取措施

2)选择好加热方式,防止加热快的部位出现热挤压塑性变形,采取预先热处理措施;掌握也预热

和加热速度,选择好淬火加热温度.对T8A钢,厚度<15mm者加热温度宜用770-790℃;截面厚度在20-30mm者用800-820℃;厚度在30-50mm者用820-830℃,均水淬.对于硝盐和碱浴淬火电厂,一般宜用810-820℃.

3)冷却方法:厚度小于30mm的冲孔较大的冲模尽可能采用硝盐.水淬时时间不宜过长(一般按

每3-4mm冷却1秒),水冷后可直接转入低温硝盐继续冷却对防止裂纹和减小变形十分有利.

4)回火工艺的选择

5)保证一次处理合格.因每次淬火回火,特别是高温回火和正火均造成主导应力方向的收缩.

6)调整淬火前加工余量.

6.调质处理的影响:

淬火前获得较大比容相结构的调质处理,虽能减小淬火时体积变形量,但会增大T10A,T12A 在主导应力方向的收缩变形量,

淬火时在主导应力方向易产生胀大变形的中碳钢或中碳合金钢,以及比容变形和组织应力塑性胀大变形为主的钢,采用粗加工后的调质工艺对防止最终淬火时的胀大变形有一定效果. 四:过共析低合金工具钢:

这类钢淬火加热后奥氏体的稳定性都较碳素钢高,热处理规范的调整,能改变奥氏体的稳定性,淬火后马氏体的比容,残留奥氏体的数量和淬硬层深度,这些因素的变化直接关系到零件淬火过程的应力作用状况及淬火后应力塑性变形和比容变形的大小.

1.淬火加热温度的影响: 合金工具钢淬火温度升高时,出现胀大变形并逐渐增加.对9SiCr,

CrWMn, CrMn三种钢的试验表明:

1)钢在冷却过程中组织应力占主导地位,只是冷却减缓后应力作用强度减弱,故在主导应力方

向产生胀大变形.变形是应力变形和比容变形的总和.

2)提高淬火加热温度,主导应力方向的胀大变形增加.特别超过常用温度(三种钢分别为

840;820;850)以后,胀大变形率急剧增加,由0.03-0.06%增至0.08-0.18%

3)提高淬火加热温度,使马氏体比容增大,残余奥氏体量相对增加,这两个因素中,马氏体比容的

增加起着主要作用.

2.常用淬火冷却方法的特点:

1)油冷淬火:对能基本淬透的零件,一般表现为主导应力方向的胀大变形,其中包括相当分量的

比容变形.当出现淬不硬或淬不透时,则不发生胀大变形或胀大变形量很小.将油加热到80-100可作分级淬火介质(汽缸油可用到150-200),但局限性很小,故油冷不是理想方法.

2)硝盐转油冷却:是一种单纯地为提高淬硬能力和淬透性的冷却方式.在马氏体转变区温差大.

其胀大变形率最大:9SiCr可达0.12-0.18%, CrWMn可达0.1-0.14%, CrMn可达0.08-0.18% 3)在马氏体转变点上方分级淬火:可用来处理精度要求不很严格,硬度要求较高,又易产生弯曲

变形的对称形状零件.但对不对称零件和精度要求很高的零件本工艺得不到理想结果.

4)在马氏体转变区内等温淬火:对精度要求较高,硬度在HRC62以上的零件和不易淬硬的低淬

透性钢的大截面零件,以及为防止胀大变形而选用较低淬火温度时,采用本工艺较合适.

5)在马氏体转变点上方停留一定时间的不完全贝氏体等温淬火:用调整等温时间的方法,可控

制残余奥氏体量和零件的尺寸变形.这种淬火方法适用于精度要求高,但硬度要求稍低(如HRC54-60)的零件

6)贝氏体完全等温淬火:能保证相变的等时均匀进行,减小应力,对预防不对称零件的畸形变形

有明显的效果.但不适于处理硬度要求大于HRC60的零件.

7)先在冷却快的低温硝盐中冷却,再转入温度较高的硝盐中进行贝氏体等温转变:先入低温硝

盐时,会有少量马氏体产生,其马氏体的生成会加速以后贝氏体的转变速度和转变量.

8)贝氏体区或马氏体区等温后级慢冷却(常是和硝盐一起冷却):

可减小等温后冷却的不均匀相变和热收缩,并使残余奥氏体量增加.适用于防止形状不对称零件的畸变和高精度零件的尺寸胀大变形.

3.贝氏体等温淬火的变形:

贝氏体区等温时间短时(CrWMn 5-15min; 9SiCr 5-10 min),其胀大变形量比等温时间较长的或完全贝氏体等温转变的胀大变形量小.这主要是残余奥氏体量的确良多少引起的比容变形量不同的结果.同时,等温温度较高时,等温不同时间淬火后的变形量差别较大,等温温度愈接近Ms点,等温时间对变形的影响的所减弱.

需注意的是:等温淬火后若不及时回火,在室温下一定时间后将会出现尺寸的继续胀大(残余奥氏体转变的结果)

4.马氏体转变区等温淬火的变形:

低合金过共析钢在Ms点下方温度等温淬火,如等温时间较短,对零件的胀大变形影响较小.若将等温时间延长至45min以上,或等温后与硝盐一起缓冷,对防止胀大变形有一定效果

对硬度要求高于HRC60的高精度零件,推荐如下工艺:

1)选较低的加热温度:CrMn 830-840℃; CrWMn 790-810℃; 9SiCr 830-840℃; GCr15

830-850℃

2)淬入冷却速度快的低温硝盐中(120-140℃),等温50-60分钟,空冷或随硝盐一起缓冷.

3)用不高于200℃的温度回火.

5.回火时的变形:

回火温度不高于200℃时,使零件尺寸收缩,收缩率多数在0.02-0.03%范围内,淬火温度较高时收缩较大,这属于单纯的比容变形. 回火温度高于200时变形逐渐转变为胀大,温度升高至260-300℃,随钢号不同分别出现胀大变形的最大值:对CrMn ,GCr15 这一峰值温度是250-280℃; 对9SiCr 则是280-320℃; 对CrWMn 则是270-290℃. 高于上述温度继续回火时,所有钢号的变形又转向尺寸收缩

6:预防变形的工艺选择:

1)淬火温度不宜取高

2)须注意零件的胀大变形量按零件的尺寸大小按比例增加

3)对低淬透性的较大截面零件,应首先设法增加淬火冷却速度,采用冷却较快的硝盐为主要手

段,而将提高淬火加热温度,提高奥氏体的合金浓度和稳定性放在次要地位.

4)为防止不均匀的冷却与相变形成应力变形,同时防止淬不硬,应先在冷却较快的低温硝盐中

冷却,再转和主温度较高的硝盐中冷却.

5)为防止回火时的胀大变形,对硬度要求在HRC50-60的零件,尽量利用调整等温温度和时间的

方法直接获得要求硬度,而不采用240-300℃回火.

6)精度高的零件地贝氏体区等温时间不宜过去时长,等温后可采用缓冷.如淬火后尺寸收缩,可

采用提高回火温度的方法补救

7)对硬度要求在HRC60-64的零件,为控制变形应冷入130-150℃的硝盐中等温,等温时间不少

于40分钟,或等温后缓冷.

8)对精密量具,应在粗磨后保重做补充回火,以稳定尺寸.

五:高铬合金工具钢的变形:

高铬合金工具钢退火状态下碳化物数量约占体积量的15-20%, 是碳工钢的3倍.从而可控制奥氏体的碳和合金浓度,在淬火后得到不同比容的马氏体,不同残余奥氏体量的组织结构,达到调整和控制热处理变形的.

1.淬火加热温度对变形的影响:

高铬合金工具钢与低合金工具钢相比,在常规热处理下,淬火后加热温度对残余奥氏体量的影响是明显地多,故淬火温度对淬火后总体积和尺寸变量的影响,由过共析低合金钢以马氏体比容变化为主导因素变为高铬合金工具钢以残余奥氏体量的增减为主导因素.

1)对Cr12MoV 在1020-1060℃下加热淬火的变形最小,低于这个温度加热淬火,淬火变形趋向

于胀大,高于1040℃加热淬火,变形出现收缩,提高温度,变形量继续增大.

2)提高淬火温度,将增加残余奥氏体量.当淬火成马氏体的数量与残余奥氏体的量的比值为3:1

时,淬火前后的体积变化量基本保持平衡

2.冷却方法对变形的影响:

在奥氏体的高温区快冷,热应力塑性变形程度会增加,在较低淬火加热温度条件下,增大连续冷却过程的冷却速度,既增强高温区热应力的作用程度,又会因连续冷却时的较大温差强化组织应力的作用,并相应减少淬火后残余奥氏体的数量.而彩在高温区的分级冷却和低温区的等温冷却,不仅会使热应力作用程度减弱,还会使马氏体或贝氏体转变的组织应力作用程度减弱,并使残余奥氏体量增加,比容变形量和应力塑性变形程度都会有所减少.

1)试样在高温奥氏体区快冷,低温马氏体转变区慢冷时胀大变形量较小,这是高温下奥氏体激

冷时热应力较强,塑性变形阻力较小,易产生应力塑性收缩变形的结果. 试样在马氏体转变区快冷时,胀大变形量较大,等温和分级淬火冷却时胀大变形量较小.

2)高温淬火加热时(Cr12MoV 1130℃),Ms点温度降低至接近室温,冷却过程全处于奥氏体状态,

冷却愈快热应力塑性收缩变形量愈大,故出现热应力塑性收缩变形率水淬的大于油淬,油淬的大于空冷.因残余奥氏体量明显增加,故试样主导应力方向和非主导应力方向都出现收缩.

3)室温下停留和冷处理将使尺寸胀大:可达0.06-0.12%

4)下贝氏体区等温淬火:其变形规律与过共析钢很相似,只是出现收缩变形量最大时的等温时

间长.故选用适当的等温温度和时间能有效的控制这种钢的变形(但等温时间很长).

等温淬火的目的是最大限度地保证相变的等时性和减弱冷却时的热应力作用. 实践中常用随硝盐炉缓冷的工艺来代替贝氏体等温淬火,它既可防止因零件开头复杂,截面尺寸不均匀而产生的相变不等时性,又可控制残留奥氏体量和尺寸胀缩变形量,对冷却时的热应力的组织应力也能明显减弱,是控制精密复杂零件变形易行而有效的方法.

3.回火对变形的影响:

Cr12MoV钢残余奥氏体转变时的胀大变形的峰值是540-560℃.回火时保持较高硬度下的回火收缩变形最大值正处于残余奥氏体转变前的最高回火温度450-500℃.若采用540-560℃回火,硬度将降低至HRC52-55.故不可能用回火使残余奥氏体转变产生胀大变形的途径一调整零件的淬火收缩变形,只能利用250-380的回火来调整淬火后尺寸胀大的零件.

回火时出现尺寸收缩,是马氏体中碳和合金元素析出比容减小所致,纯属比容变形.

4.带状碳化物分布对变形的影响:

高铬合金工具钢淬火后沿带状碳化物方向常出现较大的胀大变形(比不成带状的试样约大1/3~1/2),垂直于碳化物方向的胀大变形较小或呈现收缩.如采用多次分级等温淬火,两组试样的长度伸长变形都有明显减少.其原因主要与碳化物的物理性质有关(碳化物热膨胀系数为

6.0-6.5;奥氏体则为17-24). 带状碳化物的分布状态对回火时变形没有影响.

5.热处理变形的工艺控制:

1)加热温度的控制:其基本原则是:(1)尽可能选用合理的工艺方法,确定适宜的淬火加热温度;(2)

淬火后即使有少量变形,能够用相应的方法来调整.故加热温度通常选的比变形最小的温度稍高一些,如出现少量收缩可用室温停留或冷处理来补救.

2)冷却方式:

a:油冷:截面不大要求不严的零件,但要注意冷至300-400℃时及早出油空冷.

b:热油淬火:最好汽缸油加热至150-200℃

c:250-300℃硝盐一次分级淬火:对高精度零件的变形控制不是很理想

d: 氯化盐540-600℃和硝盐250-300℃两次分级淬火:精度较高,形状不对称和带状碳化物分布较明显的零件应用此方法

e:两次或一次分级冷却后随硝盐缓冷:应用于精度要求严格的形状不对称零件和需严格控制胀大变形的零件.

3)回火:在250-380℃下回火可使淬火后尺寸胀大的零件有稍量收缩(约0.02-0.04%).

高铬合金工具钢需两次回火:250-380℃一次,220-300℃一次.

六:高速钢淬火变形的控制:

1.高速钢的变形规律:

1)淬火后杆状零件都出现轴向伸长变形,伸长变形率以油淬的最大可达0.28-0.35%,采用

250-300的硝盐分级淬火或200-250的热油分级淬火伸长变形率可减小1/2~1/3;用560和250两次分级淬火,这种变形率还可进一步减小到0.1-0.15%.

2)在轴向伸长的同时,径向尺寸都出现收缩,以油淬最大.

3)经560三次回火后淬火出现的轴向伸长变形和径向收缩变形量都有所减小,变形得原程度约

是1/3~1/2.

4)轮状铣刀等圆饼形刀具,淬火后出现相应的径向胀大变形,胀大变形率较小.

2.上述变形规律属于组织变形特征,同时高速钢中碳化物量较多,带状分布较明显,淬火时将造

成沿带状碳化物方向的拉抻塑性变形.

回火使变形量减小,可能是淬火冷却时主导应力方向的拉伸应力变形或带状碳化物引起的塑性变形有一部分是以弹性变形保留下来,同时残余奥氏体在回火冷却时转变为马氏体体积增大,表现在径向的尺寸收缩也得到明显复原.

分级等温淬火减弱了马氏体转变时的组织应力作用,又减弱了冷却过程中带状碳化物对周围奥氏体的拉伸作用,故等温分级淬火时伸长变形减小,同时因残余奥氏体量比油淬的多,故回火时径向尺寸的胀大量就会比油淬的大.

七:热锻模热处理变形:

1.变形特征:在主导应力方向的胀大变形,油淬的胀大变形率为0.12-0.15%

1)热处理后型腔面的中间平面区向外凸出,四边缘下塌,变形严重时中间平面外凸变形量可达

2mm以上.

2)型腔形状特殊或深凹时,淬火后出现胀大,收缩或其它畸形变形.

3)凡是进行了重复热处理的热锻模,大多数型腔平面中间区的外凸变形明显,有些则产生型腔

畸形变形.

4)淬火加热温故知新度较高,升温速度快的锻模,平面中间区的外凸变形明显,同时型腔易产生

畸形变形.

2.变形原因:与淬火加热或冷却时不均匀受热及相变的不等时进行有关:

1)淬火加热:受热快的棱角边因升温快而产生挤压变形,使棱角边长度压缩.当心部逐渐受热温

度升高后膨胀时,即可能在棱角边的影响下,产生平面中间区的外凸变形.重复加热次数愈多,变形也愈大.

2)淬火冷却:薄截面区的腔壁会因淬透和较快冷却至Ms点温度下方而胀大.厚型腔壁则因淬不

透胀大变形小,从而导致型腔形状尺寸产生胀大或畸形变形.

3)锻模油冷时,当靠近淬硬层的区域在400左右的温度下开始下贝氏体转变以后,相邻区在

450-500温度下也开始奥氏体向上贝氏体转变,在贝氏体转变区沿有相当部分的奥氏体未完全转变的情况下,心部区域在550-650下即开始析出铁素体并进面发生奥氏体向索氏体或上贝氏体的轩变.这种组织转变过程的等点对变形的影响是:

a:高温区热应力塑性变形特征很不明显.

b: 相变重叠进行的过程减弱了互相间的应力作用程度,再加上各区间转变产物间比容差较小,各截面区的相结构多数是几种相组织的混合结构,故冷却过程中组织应力并不十分明显. c:油冷至150-250后锻模直接放入300-350下回火等温停置,使未转变的奥氏体在恒温下完成相变,同时已转变区得到回火和应消除,从而进一步缓和和减弱了锻模的内应力.

4)截面尺寸小易淬透的锻模,油冷时可获得马氏体并有较深的淬硬层,当油冷时间过长时易出

现应力裂纹,且高温区热应力作用较强,易产生平面中间区的外凸变形.

5)当有单独的薄截面凸出时,为防止裂纹和变形,要采用一定措施,如延长油淬前的预冷时间,缩

短油冷时间,或用铁皮和石棉覆盖锻模易裂区的外铡面.

3.热处理工艺选定:

1)装炉量不易过多

2)应在500-600预热

3)保温时间一般以每毫米1.5~2min为宜.

4)油淬前空气中预冷时间:(长+宽+高)÷200 min

5)油冷时间: (长+宽+高)÷20+5~10 min. 油温应在40-80,锻模出油前油温可:80-100 . 锻模的

Ms点一般在280-320,故出油时温度一般在150-250为宜.

6)出油后及时回火.回火升温前在300-350下等温停置,即有利一地消除应力,也有利于组织转

变在恒温下继续进行.

7)回火保温时间以接近或稍大于淬火保温时间为宜,回火后一般空冷,简单的可油冷.

8)燕尾应在盐炉或专用的烤炉中进行回火.

八:渗碳和渗碳零件淬火变形:

1.收缩或胀大变形:

1):低碳和低碳合金钢零件渗碳后,沿主导应力方向一般都表现为收缩变形,收缩变形率一般是

0.08-0.14%.收缩变形率的大小与村子品种,零件截面尺寸等有关.钢中合金元素增加时,收缩

变形率有所减小.12CrNi3 渗碳空冷后很少出现收缩变形,在零件尺寸较小时,还会有少量的胀大变形. 渗碳后出现收缩变形的零件,当再重复渗碳时,收缩变形继续增加.

2)低碳和低碳合金钢零件,渗碳空冷后在主导应力方向上都表现为尺寸收缩,其实质与渗碳过

程中表面层碳浓度增加,以及随后冷却时表面和心部的不均匀冷却,相变时比容变化不一致有关.低碳钢未渗碳件直接在渗碳温度下冷却,不产生收缩,固体渗碳后缓冷及渗碳后正火均产生收缩变形.因表面渗入碳后改变了钢的相结构,进而改变了钢的相变进程和由此而引起的表面的心部之间的应力作用状态,故渗碳过程是渗碳时产生收缩变形的基础.

3)渗碳件冷却时,碳浓度高的奥氏体空冷时要冷却至600-650才开始向珠光体,索氏体转变,而

心部的低碳奥氏体在900即开始分解为铁素本世纪,冷至550左右全部转变完成.在900-550间心部铁素体生成时总是受表层高碳奥氏体的压缩应力,而该温度区间正是γ→α相变塑性良好的时机,很易产生压缩塑性变形.渗碳后空冷及正火时的空冷都将重复这一过程式

4)不对称零件渗碳后空冷,冷却快的一面奥氏体线长度收缩量大于另一面,对应的两面线长度

收缩量差值较大,产生弯曲应力,从而使冷却快的一面弯曲变形呈现凹面.如冷却快的一面空空冷后淬硬至高的硬度,相组织的比容增大,另一面硬度较低,将出现相反弯曲变形.

2.不对称零件渗碳变形

截面厚度差别较大的形状不对称零件,渗碳空冷后都产生弯曲变形或其它畸形变形.弯曲变形的方向与材料的品种有关,低碳钢零件多是冷却快的薄截碳一侧为凹面,12CrNi3 , 18CrMnTi 等低碳高合金钢零件则多是冷却快的薄截面一侧为凸面.

3渗碳零件的淬火变形:

1)渗碳层对淬火变形的影响:

零件上有渗碳层存在,都使零件主导应力方向淬火的收缩变形率增加,或使原基体钢淬火胀大变形率减小.其原因是高碳奥氏体从800-820至Ms点是热收缩很明显的区域,而心部是生成铁素体或贝氏体或马氏体的体积胀大的转变.此时如心部淬硬为低碳贝氏体或马氏体,表面就会在心部胀应力作用下产生拉伸塑性变形,零件出现胀大,如12CrNi3A, 18CrNiWA ,20CrMnTi, 20Cr等.如心部只能获得塑性条件好的铁素体,则会产生收缩变形.

基体材料含碳较高的低合金钢,水淬可使心部转变为贝氏体或马氏体,体积增大变形阻力明显提高,淬火即表现为胀大,但胀大量要比无渗碳层时小得多.

2)影响淬火变形的因素:

a:基体钢中碳和合金元素含量:含量高,淬火后心部硬度高,主导应力方向胀大倾向大.常用渗碳钢按顺序为: A3, 10#, 15#, 20#, 15Cr , 20Cr.

b.表面渗碳层的状态:渗碳后将两对应面的渗层刨去只留侧面渗层或渗层较浅,均增加胀大变

形.

c:淬火加热温度:对15Cr,20Cr提高淬火温度,因有效提出高心部的淬硬能力,故使胀大变形增加,而对10# ,15#则不能增强心部的淬硬能力,且强化了热压缩应力,故导致塑性收缩变形增加. d:淬火冷却方式:低碳钢渗碳件用低温硝盐淬火,比水淬明显减少收缩变形,但大截面零件受到限制.低合金钢渗碳零件用油或低温硝盐淬火,可使由水淬时的胀大变形变为较小的收缩变形.

e:零件截面尺寸:尺寸大,胀大变形小.

f :回火加热温度:回火温度愈高,收缩变形量愈大.

4:不对称渗碳状态的淬火变形:

渗碳层分布不均,淬火时易产生明显的畸形变形.零件的弯曲方向是有渗碳层一面呈凹,没有渗碳层一面反而呈凸.其实质与T10A和T12A钢淬火焊出现收缩变形,以及存在渗碳层时使渗碳零件淬火时收缩变形率增加的实质相似.

5.渗碳零件淬火变形控制:

1)合理选择渗碳零件用钢:

2)合理确定零件渗碳前的加工余量(正常磨削余量以0.3-0.4mm为最佳)

对`15,20,A3水淬钢,应在0.3-0.4mm的基础上每100mm加大或减小0.2-0.3mm.

15Cr,20Cr,15MnVB用油或硝盐淬火时,渗碳前余量可按每100mm调整收缩变形量

0.08-0.12mm.. 若用水淬时可不考虑调整量(渗碳收缩可用水淬胀大抵消))

3)淬火加热温度和冷却方式:

4)注意挽救变形的方便性:以15Cr,20Cr灵活性最大,可用调整加热温度和冷却剂的方法.

九:零件的畸形变形:

1.弯曲变形:

1)水淬弯曲变形:不对称的杆状板形零件水淬时的弯曲变形规律是:除某些不对称程度很大淬

火加热时容易产生热压缩塑性变形的零件外,绝大多数不对称形状零件淬火后都是冷却快的一面表现为呈凸弯曲.水冷时间过短和截面较大的不对称程度较小的零件有时也会出现相反的弯曲变形.其实质冷却速度不同,导致冷却慢一侧受拉冷却快一侧受压,因作用力不在一条轴线上,故呈现弯曲变形.当冷却慢的部位转变为马氏体时则已形成的弯曲变形不能完全恢复,而以应力方式保留下来.

2)碳素钢零件硝盐淬火弯曲变形:不对称零件冷却过程中只有冷却快的一面能躲过S曲线的鼻

部淬硬至高硬度时,冷却快的一侧从淬火温度至200范围内均处于奥氏体状态,线长度急剧收缩,而对应面却因发生索氏体和贝氏体相变使线长度伸长,从而淬硬面表现为呈凹的弯曲.

当从硝盐中取出后薄截面才开始转变为马氏体,温度已降低,塑性条件变坏,已形成的塑性弯曲变形不可能再改变过来. 若两不对称面截面都较大,冷却时都不能躲过S曲线的鼻部时,则冷却较快的一面表现为呈凸的弯曲.

3)合金钢不对称零件的弯曲变形:合金钢有较好的奥氏体稳定性,在淬火冷却至Ms点以前的整

个区间,零件各截面区都处于奥氏体状态下,高温下油和硝盐的忆速冷却,使冷却快的薄截面区线长度急剧收缩,因而导致冷却快的一面产生呈凹的弯曲塑性变形.如随后空冷两对应面马氏体转变极不均匀,也可能使原先冷却快呈凹的一面反变为呈凸弯曲变形.

4)多方向性弯曲变形:很维校正,故应选用淬透性好能施行等温淬火工艺的合金钢来制造.

5)影响弯曲变形的因素:

a: 截面形状和不对称程度:

尖角形截面:

梯形及弦形截面:

凸形截面:

凹槽截面:一般都起减慢冷却的作用,但影响方向主要是垂直于凹槽的长度方向.

两对应面机械加工的表面状态和表面粗糙度.

b:加热速度和加热方式:

加热时受热快部位产生热挤压塑性压缩变形,使受压缩的薄截面产生呈凹的弯曲变形.

加热时受热快部位不产生热挤压塑性压缩变形,而是因受热快热膨胀量大尺寸伸长量不致产生受热快的面呈凸的弯曲变形.这种变形多数在高合金钢高温加热过程中出现.

c:淬火冷却剂和冷却方式的影响:

d:钢的淬透性及Ms点温度的影响:

2.孔型零件的畸形变形:

50,T7A,T10A套筒内孔有一键槽,正常水淬油冷后出现椭圆变形:内孔有键槽方向尺寸大于垂直方向.反之若键槽在圆周外,有键槽一面向里凹陷.

1)孔的某一方向上孔壁内外两侧面处于不对联称结构,导致淬火冷却不均匀而产生孔壁的弯

曲变形.一般水淬时冷却快的一面呈现凸面

2)孔的壁厚有明显差别时,淬火加热冷却的热胀缩差和淬火冷却时的相变不等到时进行,都能

导致孔的薄截面部分产生外凸或里凹畸形变形,并使孔产生不均匀的胀大或收缩.

碳素钢采用硝盐分级淬火时,水淬易出现外凸的薄截面部位多数不产生外凸变形而呈凹陷,这与淬火冷却时热收缩反应有关.

3.零件畸形变形的预防:

1)采用分段加热或缓慢加热:因加热过快引起的压缩塑性变形和不均匀冷却产生的畸形变形

本质上是不同的,且压缩塑性变形引起的畸形变形用一般校正方法很难校直.

2)覆盖保护:薄截面局部用铁皮保护,只露出工作刃.

3)局部预冷:水淬前先将易产生呈凸弯曲的部位局部预冷至淬不成高硬度时再入水.

4)控制入水方向和冷却方式:

5)采用硝盐120-150或150-180碱浴淬火

6)等温淬火:是预防合金钢不对称形状零件产生畸形变形的最有效方法,既能减弱淬火过程中

热应力的作用,又可保证厚薄不均匀的各不对和我面相变的等时进行.使零件因组织应力产生的塑性畸形变形明显减少.

4.零件局部淬火变形:

1)零件全部加热后,要求淬硬的部位局部放入淬火剂中冷却,不要求淬硬的部位露在淬火剂的

外面(多数是碳素钢),冷却到一定温度后或转入第二种淬火剂(如油或硝盐)冷却,或继续在原淬火剂中冷却,尔后再转入油或硝盐冷却,也可取出空冷.其缺点是零件不能充分晃动,冷却不均,时间长,易造成淬裂.一是冷却快的部位热收缩较大,淬硬区易产生尺寸收缩,并导致弯曲变形.当零件截面厚度较小淬硬区尺寸较大时,又可能因冷却时淬硬区迅速发生马氏体相变而使淬硬区胀大,并同时产生弯曲变形.

2)在盐炉中快速加热零件的工作部分,然后全部冷却淬火.这种方式易出现: 当截面较小,加热

深度较浅时,加热部位受到零件底部未加热部位的压应力,易产生收缩变形导致工作面尺寸收缩,并使工作面呈现凹的弯曲变形.而当截面厚度较厚,局部加热时间较长,零件受热深度加大,此时零件加热区易出现呈凸弯曲变形(受热温度高的区域热膨胀).淬火后这种变形被保留

3)全部加热全部淬硬后再局部加热燕尾部高温回火:局部高温回火加热时也会因受热不均产

生应力塑性弯曲变形和尺寸胀大或收缩变形.

4)零件全部加热后在入水或油淬前,先将不要求淬硬部位在水中或油中局部预冷,至预冷部位

降温至不能淬硬为止(入水冷却1~5秒提出空冷如此反复进行2~3次),尔后水或油淬.本工艺变形量最小,产生淬裂和软点的可能性也较小.

5.高频淬火变形:高频加热环形零件时存在明显的规律性收缩变形,无论是加热零件的外表面还

是内孔,都倾向于使内孔尺寸收缩.如轴类零件上某一侧面上局部表面淬火,淬硬的该面轴向多汪凹面弯曲变形.

十:变形挽救方法:

1.常用校正方法:

1)轴类板形零件的冷压校直,冷态正敲校直法.

2)淬火冷却后的趁热热压校址

3)贝氏体等温淬火后高塑性状态下的趁热校正和冷压校正,以及回火加热后趁热校正.

4)利用相变超塑性条件的静压固定校正

5)淬火和校正过程合并进行的淬火压力机床校正.

6)氧--乙炔焰局部加热"热点"校正(主要应用于高速钢,加热凸处至300-400)

7)高频局部加热"热点"校正(加热凸处后急冷,适用于硬度要求在HRC35-40以上的钢件)

8)尖角锤锤击高硬度零件凹面冷击校直,即冷态反敲校直,主要应用于高速钢高硬度件

(HRC62-64).

9)热态反敲校直法:适用于红硬性高的高硬度钢.

10)特定条件下淬硬零件喷砂喷丸校直(喷射凹部).

11)某些特定条件下电焊焊接应力校正弯曲和外凸变形的电焊校正.

2.胀大变形的收缩处理

1)在Ac1温度下加热急冷法:收缩处理加热温度以A C1 为准,以保证水中激冷时不淬硬为原则.

具体如下:各种碳素钢: A C1 -20~A C1 +20; 各种低合金钢: A C1 -20~ A C1 +10 . 低碳高合金钢(1Cr13, 2Cr13 ,3Cr13, 18Cr2Ni4WA)A C1 -30~ A C1 +10. 高碳合金钢(Cr12MoV, W18CrV, W6M5Cr4V,9Cr18): A C1 -20~ A C1 +10(收缩效果差,实践中应用少) . 奥氏体型耐热钢:因无

A C1 点,故可依具体情况而定,如850-1000.

冷却方式以食盐水激冷为最好,零件在水中冷却至200-300后出水空冷,再加热作第二次数处理.收缩处理前是淬硬状态的高合金钢,第一第一次收缩处理时为防止裂纹可油冷,第二次再作水冷.

影响收缩效果的因素:

a:零件材质的可塑性条件:

b:零件材质的组织和物理性质:常温和高温下均为奥氏体相的不锈钢和耐热钢,热膨胀系数大,高温下冷却时易产生较强的热压缩应力,高温下塑性条件较好,其收缩效果比合金碳化物量多的钢好.

热膨胀系数虽大,但导热性很好时,也不容易获得好的收缩效果,对此可用膨胀压缩法进行. c:零件主导应力方向和非主导应力方向的尺寸比值:当比值接近1:1时收缩效果最小.一般,当主导应力方向和非主导应力方向的尺寸比在4:1~10:1时,收缩效果较好.

d:截面尺寸:当截面尺寸增加时,收缩效果较好,但有一个限度,当超过限度后反而会减少.

e:零件表面形状:凡是有减弱零件外表面冷却速度和改变应力作用方向的情况时,收缩效果减小.

注意事项:

a:入水冷却方式以加速主导应力方向的冷却为原则,并以加速外表面的冷却为主.必要时可保护内孔.

b:收缩处理时的入水方向,要注意调换.

c:收缩处理前零件处于淬硬状态时,应按不同钢种对待:低碳钢和低合金钢可直接水冷.合金含量较高的工具钢当截面尺寸较大时,第一次收缩处理时,可将收缩温度提高至A C1 以上10-20先油冷一次,第二次再用水冷.已淬硬的高碳高合金钢,因在800下加热后仍保持HRC38-42,故收缩处理前必须先软化处理.

2).铁皮或石棉覆盖淬火收缩内孔法:淬火前覆盖零件的外圆周表面,按常规热处理进行加热淬

火,用这种方法淬火后内孔收缩量大于普通方法淬火的,或胀大变形量有明显减少.其缺点是:1)只能用于内孔求淬硬而外周边可不淬硬的零件; 2)只对碳素钢水淬零件效果好,对油或硝盐淬的合金钢零件效果差; 3)操作不便.

3).高温奥氏体区急冷收缩法:利用高温加热后奥氏体的较大热膨胀系数产生的急冷热收缩压应

力与高温下奥氏体的良好塑性条件相配合来产生收缩塑性变形.其值一般为0.2%左右.其适用范围为: 1)形状规则厚薄均匀的高碳高铬钢零件.在水冷时一般按每15-20mm水冷1S计算.水冷后及时转入500-600的氯化盐中等温,待温度均匀后再转入分级冷却介质中. 2)奥氏体耐热不锈钢:

4).渗碳法:渗碳过程和随后的淬火均会使零件沿主导应力方向产生收缩.

5).高频表面加热收缩法:适用于内孔是工作部位的环形零件.收缩处理时只要将非工作部位的

外圆周面加热,并保证不使内孔过回火(通常是加热后迅速转入油中冷却,油冷时间以保证工作部分不过回火为准),)则零件内孔即可收缩(一般为0.1-0.15%).但淬透的合金工具钢收缩时很容易缩裂,收缩量有限.

3.收缩变形的胀大处理:较难.

1)淬火胀大法:

a:低碳和低碳合金钢以及中碳和中碳合金钢在淬透或能淬透截面厚度1/2时,在用常规淬火加热温度的上限温度加热水淬时,可使主导应力方向有明显的胀大变形(0.2-0.5%).某些形状简单的零件可经Ac1稍上方正火后,重复淬火1-2次.

b:CrMn,9CrSi, GCr15, CrWMn等过共析合金工具钢,按常规热处理规范的上限加热,并尽可能淬透或获得较深淬硬层时,一般可胀在0.15-0.2%.淬火后应经240-280回火.

c:2Cr13, 3Cr13,4Cr13,9Cr18,Cr12MoV等高合金钢,可在获得及少量度残留奥氏体的加热温度下,利用马氏体转变的不等时性进行的特点油淬,使表面对中心产生相变拉应力达到胀大的目的.但处理过程中常有淬裂的危险.

2)冷处理和残余奥氏体转变的回火:在淬火回火后的短时间内及时进行冷处理或在相应的温

度下回火,可获得少量的尺寸胀大.但高速钢轴类零件不能使轴向伸长而是径向胀大.

3)尖角锤击法:薄板零件淬硬收缩时可使尺寸稍有深长.

4)用机械方法施加一外力,在外力在利用回火或相变的超塑性条件,使零件尺寸胀大.

十一:

1.φ290×30(外缘)×6(中心)并有七个孔的专用量规, 15Cr,930℃渗碳,800℃水淬油冷后平面一

侧变形凸起,并引起290外径收缩1.4. 第二次淬火时,在中间平面的两侧附加一层石棉板,经560℃预热后840℃加热水淬,淬火后外径胀大1.2, 同时中部平面的外凸变形拉展.

2.C12MoV冲模,内径180,壁厚25,厚35. 淬火时在1060℃加热,随即在水中冷却1~2秒,尔后转

入560℃氯化盐中分级,并以260℃等温25分钟后空冷,内径180收缩0.5.

3.CrWMn塑料模: 100×50×35,在50方向上的两个槽在淬火后尺寸胀大了0.25.经采用Ac1

加热急冷未能达到收缩要求.然而,在模子两槽中下方非工作部位加钻两个φ5通孔,并使孔壁保持在4左右,然后在800℃盐炉中加热至钻孔薄壁处温度达到700℃后立即油冷,后复两次即使尺寸收缩0.35.

4. T8A冲头:186×50×24,有两个相距186的冲孔要求精度高.在830℃下加热淬入120-130℃

硝盐顺孔强烈循环冷却1~2分钟转油冷透,186胀大变形为0.03.距孔边3处硬度是HRC60.

5.T10A冲模φ:393×140,同时有6个D8孔在直径为375的圆周上均匀分布,淬火易造成的问

题是:小孔壁和模低薄边有淬裂的危险,同时孔距易收缩变形.为此采取的措施有:1):在冲模实心体中间部分,增钻数个D40和D60通孔,以减少零件各部位间的厚薄不均差,缩短水淬时间.

2)在6个边孔外侧面用铁皮保护,附石棉,并保持刃口处露出0.5-1,防止淬裂.加热温度为

790℃,淬火时先将模底薄边在水中预冷至不能淬硬,在盐水中冷却上下运动12~15秒后转入油冷,冷至100-150℃出油并及时回火(200-220℃/2h,空冷).孔距375收缩0.04-0.05,硬度HRC60,未淬裂.

6.平板模具,四个角均有小边缘孔,边缘孔的孔壁很薄,孔距尺寸要求较高,淬火时一是容易开裂,

二是淬火冷却时心部和边缘温差大,易产生热应力收缩变形.故淬火前采取如下措施:1)用铁皮保护边缘孔,铁皮厚度0. 5mm,点焊在模具侧边上,在模具刃口处留出0.5~1mm的高度,以防刃口淬不硬.同时将边缘孔用石棉堵塞露出刃口. 2)在不影响模具使用时,在实心部位钻辅助孔(数量及大小根据具体情况而定).

7.CrWMn 冲模(300×200×35)上有20个座标镗加工成型的d3~10mm冲孔,最大孔距要求精度

260±0.05mm.制定工艺如下: 1)按实心较厚截面,先在600℃预热. 2)因孔距尺寸较大,且截面尺寸较大,故选淬火加热温度为810-820℃,时间为12 min . 3)先淬入120-140℃的硝盐中冷却

1 min ,转入230-240℃硝盐中等温20min 然后空冷至室温(因截面厚度较大,直接冷入230℃

硝盐中等温不能保证零件各部躲过S曲线鼻部,同时根据硬度要求,等温温度不能高于24 0℃,时间以15-20min为宜). 淬火后孔距260的收缩量是0.16mm,硬度为HRC59. 4)按实际收缩量,选用240-260℃回火1小时,收缩变形量减小至0.04mm.

8)三件一体塑料模,CrWMn,HRC50-55,其配合定位工差为120±0.02mm.为保证其收缩胀大一

致性,制定如下工艺: 1)同时入炉加热,预热温度600℃. 2)淬火温度800-810℃,时间按厚度不同分别为:3,4,5min. 3)同时冷入160℃硝盐中,停留0.5-1min转340-360℃等温硝盐中等温45-50min后缓冷(为防零件在空冷和随后加工过程中变形,取贝氏体完全等温淬火,尽可能使残余奥氏体减少. 4)在350-360℃回火1小时. 处理后孔距120胀大0.06mm.HRC53.

9)C12MoV,厚35mm,HRC58-60.模孔65×70要求收缩0.15mm: 有800℃下预热,1040℃加热,

先在水中激冷1-2秒立即转入600℃氯化盐中分级停留2min,再转入250℃硝盐中等温25min 空冷至室温.模孔尺寸收缩0.18-0.2mm.

10)复式冲模,C12MoV,HRC58-60.模孔尺寸为164×65. 其中尺寸164要求收缩0.06mm.因形状

复杂,截面厚度不均,用热应力收缩较困难,且要求收缩量较小,故采用了增多残余奥氏体温表量为主的工艺:800℃预热,1050℃加热,560-580℃氯化盐分级 2 min,转260℃硝盐停留15-20min后随硝盐缓冷至40℃左右,再升温至130℃空冷.淬火后模孔164收缩量是0.05mm.

经320回火后又收缩0.02mm.

用硬度-冷速曲线解决淬火变形

一:本文将淬火变形分为两类：第一类是发生了淬火变形的工件其变形部位的硬度(指从表面面测定的)基本相同.第二类工件变形部位的硬度有明显差异.排除加热和冷却过程中因装挂及操作不当而引起的变形,在第一类情况下,其淬火变形完全是由淬火过程中的热应力和组织转变应力引起的,在第二类情况下,引进技术起变形的原因既有冷却过程中的应力作用,也有转变产物比容差的影响.本文仅用于分析和解决第二类情况.

1.将顶端淬火曲线下方的横座标定为冷却速度,并按冷却速度大小和淬火硬度分布,将端淬曲线

分成四个区,在第Ⅰ区冷速度内淬火,工件可完全淬硬,但因冷速度过快,工件被淬裂,并伴随淬裂发生变形.对有些易淬裂的钢及工件可能没有此区.在第Ⅱ区冷却速度适当,工件可充分淬硬.因淬火转变产物基本相同,故最终的淬火变形也很小,故本区也叫小变形区.在第Ⅲ区淬火,因硬度-冷速曲线很陡,工件上参与变形部位之间的较低小冷速差都会引起相当大的硬度变化,也即转变产物有相当大的组织差异和比容差,故在此区淬火变形大.在第Ⅳ区因冷速很低,各部位之间温差小,故变形也小.

2.实际工件是个实体,它参与变形部位的不同冷速必然落在硬度-冷速曲线的一定范围内.不同

冷速所达到的范围叫该工件的冷却速度带.工件上参与变形部位之间的冷却速度相差越小,它的冷却速度带就越窄,相反,它的冷却速度带就越宽.

3.冷却速度带的确定:首先检查参与变形部位内外表面的硬度,并凭测出的最高和最低硬度值,

在所用钢种的硬度-冷速曲线上找到相应的两个冷却速度值,将它们水平连接起来,即构成该工件的冷却速度带.(如工件上有内孔或凹陷部位且在该部位或邻近部位发生了淬火变形,则该部位就属参与变形部位,在确定冷却速度带时,就需将该工件的内孔或凹陷部位剖切开,测量该部位的表面硬度.

4.冷却速度带的跨区情况:如大圆锯(φ1600*8mm)在聚合物水溶液中淬火,即跨越三个冷速度

区,这样就很容易发生严重变形.

5.渗碳淬火工件的特殊处理方法:首先对有渗层的部位,检查其表面硬度,看是否达到了要求,如

没有,说明这些部位的冷却速度带尚未完全落入第Ⅱ区,这时应首先设法使有渗层的表面部位的冷却速度带全部进入第Ⅱ区.如果完成这一步后工件仍有变形超差,则再检查变形工件上无渗层部分的表面硬度,从而确定其冷却速度带的跨区情况,并确定减少变形的措施. 二:.减少淬火变形的改进方向:

1.整体移动冷却速度带:适用于冷却速度带比较窄的工件.

如部分参与淬火变形部位的淬火冷速进入第Ⅲ区,可采取提高整个工件的淬火冷却速度:适当提高淬火加热温度,换钢种等. 如工件发生变形又同时有淬裂,说明部分或全部参与淬火变形部位进入了该工件的第Ⅰ区.可采取适当降低工件的淬火加热温度,降低冷速,换钢种等2.使冷却速度带收缩进第Ⅱ区:

使冷速过快的部分(如受水流冲刷的部位)冷速降下来.使冷速过慢的部分加快冷却.

三:调节冷却速度带的基本措施:

1.改变淬火加热温度

适当降低工件的淬火加热速度,可使工件的冷却速度带的左端向右方发生一定量的收缩,这类措施包括局部降温后淬火.适当提高整个工件(或局部区域)的淬火加热温度,可使冷却速度带的右端向左做一定量的收缩.如原淬火保温时间不足,则延长保温时间也有同样效果.

2.变换淬火冷却介质:

好的水溶性淬火液,其淬火冷却的高温冷速大多较高,即蒸汽膜阶段较短且不稳定,故评价水溶性淬火液的冷却特性主要看它的300℃冷速.淬火油多有较长且相当稳定的蒸汽膜阶段,故评价油的冷却特性应当看整个冷却速度分布,包括蒸汽膜阶段长短,最高冷速大小和出现最高冷速的温度高低,以及对流开始温度等,不能单以最高冷速的大小来评定油的冷却能力.

普通机油的冷速慢,故在其中淬火变形超差的工件的淬火冷速大多伸入或整个落入第Ⅲ区,此时将原用机油改为有适当冷速的快速淬火油或在现有机油中加入油性添加剂即可解决问题在决定选用水溶性介质或淬火油时还必须考虑液温变化对淬火冷却性能的影响.降温以不发生凝固为限,而升温以60-70℃为限,水温太高,淬火蒸汽膜阶段过长,使水溶液冷却能力大减,会使工件的淬火硬度不均匀.

专配淬火油也可解决大锯片水淬淬裂和变形问题(边部开裂而心部稍厚未淬硬):这种油的冷却速度可使8mm的锯片中间部位淬硬(也由于油的冷速随油温升高能有所提高,与近中间部位实际厚度比边缘大正好相匹配).并使原先淬裂部位不再淬裂

3.改善工件的局部冷却状况:

冷却过快部位加冷热附板,向冷速成快慢部位多分配水流.

4.钢材材质的因素:

淬透性好的钢,其第Ⅱ,Ⅲ区都较宽,而淬透性差的钢则较窄,即硬度随冷速变化较大.故淬透性好的钢较容易控制钢的淬火变形.若同钢种成分波动引起淬透性波动时,淬透性较高的钢易控制其淬火变形.

四:基本措施的应用次序:

1.改变热处理工艺参数:

2.改变淬火液使用浓度

3.改换淬火介质品种或加入专配添加剂:

4.改换钢种

5.改变零件结构设计

细长零件热处理变形的控制

8.细长轴类零件平板搓动淬火法:

适用于φ2.5~5.0mm的淬透性极好的细长轴零件.对碳素钢和碳素工具钢都不适用.

在淬火加热后擦刷干净,直接放在厚金属板上,然膈用厚金属板或特殊滚压器压在细长零件上,边滚动,边冷却,也可把下面的大平板斜放在淬火冷却槽口上,平板下半部浸在淬火冷却介质中,加压滚动零件进入淬火液中,具有热校直的确良等同效果.

9.涂沫保护层,改善刀片淬火变形:

首先,将刀片装入要炭箱中,消除加工内应力.然后用调成粘稠状的水玻璃耐火泥,均匀地涂抹在刃部位,将刃口正反面均包围,并在200-300℃下烘干.然后将刀片放置于780℃的盐浴炉中加热,保温(20S/mm)后进行双液淬火,在水中停留时间按3S/mm计算.淬火后立即回火,回火保温后数片摞在一起放在压力机上校平,一直冷却室温.

10.垂直密排套筒淬火法:

适用于直径小于φ2.5mm的特别细小的零件.

一般内套筒直径为φ15mm~φ30mm.对内套筒和隔板预先进行渗碳处理,使表面碳浓度基本接近补淬火零件含碳量,此外还要精车内孔,确保内孔壁有良好的圆柱度与表面粗糙度. 11.不地称细长零件的淬火变形控制

长350mm的刀口尺,渗碳淬火处理时,若经800-820加热后淬入盐水或碱水,则尺口凸出,若淬入160-180硝盐中,则尺口内凹.故可用先淬硝盐,然后再淬一次盐水或碱水的方法来控制变形.

如已知淬火变形规律,也可用预压变形淬火.

12.热应力预弯曲淬火法(通过加热急冷的方法):

加热温度越高,反向凹形

13.后桥输出轴双液淬火法:

正确选择淬火介质对减少零件淬火变形有重要不得意义。如汽车后桥输出轴(φ20-60*324) 14:控制零件变形的限形淬火法:

二:小型细长轴热处理微变形机制:(机械工人98.12)

1:20以上的细长轴采用620℃加热处随炉冷却预处理去应力,然后进行淬火试验表明:

1.淬火加热温度:减少变形要降低淬火温度(大于800℃变形量急剧增加),但降低过多不利于奥

氏化进程,延缓加热时间反而会加大变形量.故若能控制在800±2℃,直线度可达0.02mm. 2.淬火加热时间(包括升温和保温时间):超过330秒变形会大大增加.故一般在315秒.时间过

短会引起加热不足,产生软点等.

3.冷却介质温度:油温达到85℃时变形量一般可达到要求,我们定为100℃.温度过高易造成淬

火不足.

4.每炉淬火量:与淬火加热温度和加热时间要密切配合.同时随数量增多要注意自身的重力影

响

5.回火中要采用工装,使细长轴处于垂直状态回火,防止压弯.

三:45#钢蜗杆淬火艺的改进(金属热处理99.1):

1.常规淬火:830±10℃盐炉加热保温6min,水淬;200℃/2h回火,硬度在HRC50以上,裂纹率达

10%.

2.亚温淬火:780±10℃盐炉加热,保温8min,水淬;200℃/2h回火,硬度在HRC45以上,无裂纹.

3.零保温淬火:830±10℃盐炉加热保温2min,水淬油冷;200℃/2h回火,硬度在HRC45以上无,

裂纹

四:40Cr制造的D形轴(φ10×120)的亚温淬火(金属热处理97.2)

原用等温淬火,分级淬火,硬度只能达到48-53HRC,变形在0.2mm 以上,使磨削加工难以进行.

现改用亚温淬火(450℃×30min预热,790-800℃×5min盐浴加热,淬油,180℃×2h回火)处理后,硬度为52-53HRC,变形为0.05-0.06mm.

五:细长高速钢刀具(φ4×240)热处理:

1.用传统方法变形量将很大,预计弯曲度可达0.8-

2.0mm,再进行反击校直(冷敲)难以校直或校

断

2.实际工艺为:500-550℃/(箱式炉1-2min/mm)一次预热-----850-900℃/(中温盐炉40S/mm)二次

预热------1000-1050℃/(高温盐炉40S/mm)三次预热(对各种碳化物充分均匀溶于奥氏体有利,使奥氏体化和度提高,从而补偿在淬火温度保温时间过短可能造成的缺陷)------1260-1270℃/(高温盐炉10ds)淬火加热----浸入800-850℃中温盐浴炉均温(使刀具内外温差减少,但停留时间不易过长,0.4-0.6min即可,防止二次碳化物析出)----550℃硝盐炉(350-625℃为过冷奥氏体稳定区,在这一区域即使停留很长时间奥氏体也不分解,且等温停留使奥氏体稳定)---进行热校直,然后竖直悬挂于空中进行马氏体转变---560℃/1h回火三次----反击校直法冷敲.

热处理过程控制

热处理过程控制热处理过程中的质量控制，实际上是贯彻热处理相关标准的过程，包括热处理设备及仪表哦那个之、工艺材料及槽液控制、工艺过程控制等，只有严格执行标准，加强工艺纪律，才能将热处理缺陷消灭在质量的形成过程中，获得高质量的热处理零件。 1、相关热处理工艺及质量控制要求标准 GB/T16923－1997 钢的正火与退火处理；GB/T16924－1997 钢的淬火和回火处理；GB/T18177－1997 钢的气体渗氮；JB/T3999-1999 钢件的渗碳与碳氮共渗淬火回火；JB/T4155—1999 气体氮碳共渗；JB/T9201—1999 钢铁件的感应淬火回火处理 JB/T6048—1992 盐浴热处理；JB/T10175—2000 热处理质量控制要求 2、加热设备及仪表要求： 2.1、加热设备要求： 2.1.1加热炉需按有效加热区保温精度（炉温均与性）要求分为六类，其控温精度、仪表精度和允许用修改量程的方法提高分辨力温仪表。其中一个仪表应具有报警的功能。 2.1.3 每台加热炉必须定期检测有效加热区，检测方法按GB/T9452和JB/T6049的规定，其保温精度应符合表7要求。应在明显位置悬挂带有有效加热区示意图的检验合格证。加热炉只能记录表热电偶的热距离应靠近。校验应在加热炉处于热稳定状态下进行，当超过上述允许温度

2.1.5保护气氛炉和化学热处理炉的炉内气氛应能控制和调节。进入加热炉的气氛不允许直接冲刷零件。 2.1.6 对气体渗碳（含碳氮共渗）炉，渗氮（含氮碳共渗（软氮化））炉，在有效加热区检验合格后还应进行渗层深度均匀性检验，试样放置位置参照有效加热区保温精度检测热电偶布点位置，检验方法按GB/T9450和GB/T11354的规定。气体渗碳炉、渗氮炉中有效硬化层深度偏差，见表11和表12： 2.1.7 炉内的加热介质不应使被加热工件表面产生超过技术文件规定深度的脱碳、增碳、增氮和腐蚀等现象。 2.1.8 感应热处理加热电源及淬火机床： 2.1.8.1 感应加热电源输出功率及频率必须满足热处理要求，输出功率控制在±5%，或输出电压在±2.5%范围内。感应热处理机床和限时装置应满足工艺要求。 2.1.8.3限时装置：感应加热电源或淬火机床应根据需要装有控制加热、延迟、冷却时间的限时 2.2 淬火槽要求： 2.2.1 淬火槽的设置应满足技术文件条件对工件淬火转移时间的规定。 2.2.2淬火槽的容积要适应连续淬火和工件在槽中移动的需求。 2.2.3淬火过程中，油温一般保持在10——80℃，水温一般保持在10——40℃。 2.2.4 淬火槽一般应有循环搅拌和冷却装置，可选用循环泵、机械搅拌或喷射对流装置。必要时，淬火槽可配备加热装置。 2.2.5 淬火槽应装有分辨力不大于5℃的测温。 2.3 仪表要求： 2.3.1 现场使用的控温和记录仪表等级应符合表7要求，检定周期按表9执行。 2.3.2 现场系统校验用的标准电位差计精度应不低于0.05级，分辨力不低于1Uv，检定周期为6个月。

金属材料热处理变形及开裂问题探讨

金属材料热处理变形及开裂问题探讨摘要变形和开裂是热处理较难解决的问题，目前热处理变形的复杂规律尚未被彻底认识和掌握。本文简要分析了热处理变形的开裂原因、影响变形的因素以及减小热处理变形防止开裂的具体措施。而影响变形和开裂的因素及防止变形和开裂的方法有很多。关键词热处理变形;开裂;热应力;组织应力 1 热处理变形开裂的原因工件的变形包括尺寸变化和形状变化两种，无论哪种变形，主要都是由于热处理时工件内部产生的应力所造成的。根据内应力形成的原因不同，可以分为热应力和组织应力。工件变形是这两种应力综合影响的结果，当应力大于屈服极限就会永久变形，大于材料的强度工件就会开裂。 1.1 热处理引起的变形和开裂的原因钢件在加热和冷却过程中，将产生热胀冷缩的体积变化，零件加热到淬火温度时，屈服强度明显降低，塑性则提高，当应力超过屈服强度时，就会产生塑性变形。如果造成应力集中并超过了材料的强度极限，就会使零件淬裂。导热性很差的高碳合金钢，如合金模具钢Gr12MoV，高速钢W18GrV之类的工具钢，淬火温度很高，如不采用多次预热和缓慢加热，不但会造成零件变形而且会导致零件开裂而报废，所以在对高速钢淬火时，首先在860±10℃的盐浴炉中进行等温预热，对于较细或较粗的零件应在预热前，在550℃炉进行2小时以上的回火，这样就会减小热处理变形，冷却时，由于温差大，热应力是造成零件变形的主要原因。 1.2 组织应力引起的变形组织应力有两个特点[1]：（1）工件表面受拉应力，心部压应力。（2）靠近表面层，切向拉应力大于轴向拉应力。组织应力引起工件变形的特点与热应力相反，使平面变凹，直角变锐角，长的方向变长，短的方向变短。淬火零件的变形时热应力和组织应力综合作用的结果，除内应力外，零件的变形还要看材料成分、工件的形状和介质、冷却速度的影响，实际情况要复杂很多，因此在解决实际问题时，要全面分析是热应力还是组织应力起主导作用，以便判断变形的趋势或裂纹产生可能性，并采取各种措施予以控制或防止。 2 影响变形及开裂的因素在生产实际中，影响热处理变形的因素很多，其主要包括：钢的化学成分、冷却过程、钢的几何形状尺寸、淬火介质的选择等。

热处理变形控制及校正方法在实际生产中的应用

内容提要在热处理过程中，工件变形是一种不可避免的现象。变形量保持在一定的要求范围内不影响工件的使用，但变形过大、以至于超出公差要求范围则工件报废，不能使用，造成浪费。本文通过对多年实际操作经验的总结，从理论上阐述了工件热处理产生变形的原因，并联系生产实际，介绍了在热处理各个环节中产生变形的因素并极具针对性的介绍了控制各种产生变形的因素，诸如：分级淬火、等温淬火、预冷淬火等热处理控制变形方法及其他确实有效的变形控制方法。并以实际生产中的产品为例，对比证明了相关控制并减小热处理变形的方法。以及实际生产过程中，在产生较大变形的情况下，针对不同的产品特性所采取的校型方法。

1、热处理变形产生的原理及危害工件淬火中引起的变形（宏观或微观）是操作中一种常见庛病，碳素钢薄板类工件在淬火前采用综合工艺可以在不同程度控制变形，对于模具钢、高速钢、量具钢可以结合分级淬火、等温淬火、预冷淬火减小变形量。热处理的各个环节，都存在导致产生变形的因素。物体的“热胀冷缩”是众所周知的一种现象，钢材同样也是如此，淬火时当高温工件放入淬火冷却剂时，遇冷工件必然会产生收缩。工件截面上各部分的冷却是有先后的，因此各部分发生收缩也就有了先后，工件表面先冷却、先发生收缩，工件中心后冷却，还没有发生收缩。这样表面的收缩就必然要受到中心部分的牵制。这种由于工件表里热胀冷缩的不一致（即有温差）而造成的内应力称热应力。钢在淬火冷却过程中还要发生奥氏体向马氏体组织的转变过程，由于奥氏体的比容较马氏体小得多，所以在奥氏体向马氏体转变的同时，也就伴随着发生体积的膨胀。由于工件截面上各部分的冷却速度不一致，因此发生组织的转变和体积的膨胀也就不一致。工件表面先冷到Ms点，先发生转变和膨胀，而此时中心部分却尚未（或正在）开始发生转变和膨胀，这样表面的体积必然要受到中心部分的约束。这种由于工件表里组织转变的不一致而造成的内应力称组织应力。对每一个淬火工件来讲，既有热应力，又有组织应力，问题在于这两种应力综合的结果如何。当这两种应力的综合结果超过了钢材的屈服强度（δs）时，则引起变形，当这两种内应力综合的结果超过了钢材的强度极限（δb）时，则将引起钢材发生开裂的危险。 2、变形的控制方法 2.1 热处理过程中控制变形的方法 2.1.1 加热控制法 2.1.1.1 对于形状复杂的重要零件及薄板件或工具，可在加热淬火前进行一次或两次预热，这样可以减少工件表里的温差所造成的热应力。 2.1.1.2 在保证硬度的前提下选正常淬火温度下限和采用冷却能力较为缓慢的淬火冷却剂。

热处理变形的原因

热处理变形的原因在实际生产中，热处理变形给后续工序，特别是机械加工增加了很多困难，影响了生产效率，因变形过大而导致报废，增加了成本。变形是热处理比较难以解决的问题，要完全不变形是不可能的，一般是把变形量控制在一定范围内。一、热处理变形产生的原因钢在热处理的加热、冷却过程中可能会产生变形，甚至开裂，其原因是由于淬火应力的存在。淬火应力分为热应力和组织应力两种。由于热应力和组织应力作用，使热处理后零件产生不同残留应力，可能引起变形。当应力大于材料的屈服强度时变形就会产生，因此，淬火变形还与钢的屈服强度有关，材料塑性变形抗力越大，其变形程度越小。 1.热应力在加热和冷却时由于零件表里有温差存在造成热胀冷缩的不一致而产生热应力。零件由高温冷却时表面散热快，温度低于心部，因此表面比心部有更大的体积收缩倾向，但受心部阻碍而使表面受拉应力，而心部则受压应力。表里温差增大应力也增大。 2.组织应力组织应力是因为奥氏体与其转变产物的比容不同，零件的表面和心部或零件各部分之间的组织转变时间不同而产生的。由于奥氏体比容最小，淬火冷却时必然发生体积增加。淬火时表面先开始马氏体转变，体积增大，心部仍为奥氏体体积不变。由于心部阻碍表面体积增大，表面产生压应力，心部产生拉应力。二、减少和控制热处理变形的方法 1.合理选材和提高硬度要求对于形状复杂，截面尺寸相差较大而又要求变形较小的零件，应选择淬透性较好的材料，以便使用较缓和的淬火冷却介质淬火。对于薄板状精密零件，应选用双向轧制板材，使零件纤维方向对称。对零件的硬度要求，在满足使用要求前提下，尽量选择下限硬度。 2.正确设计零件零件外形应尽量简单、均匀、结构对称，以免因冷却不均匀，使变形开裂倾向增大。尽量避免截面尺寸突然变化，减少沟槽和薄边，不要有尖锐棱角。避免较深的不通孔。长形零件避免截面呈横梯形。 3.合理安排生产路线，协调冷热加工与热处理的关系

金属热处理基础知识大全

金属热处理基础知识大全金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度冷却的一种工艺。 1．金属组织金属：具有不透明、金属光泽良好的导热和导电性并且其导电能力随温度的增高而减小，富有延性和展性等特性的物质。金属内部原子具有规律性排列的固体（即晶体）。合金：由两种或两种以上金属或金属与非金属组成，具有金属特性的物质。相：合金中成份、结构、性能相同的组成部分。固溶体：是一个（或几个）组元的原子（化合物）溶入另一个组元的晶格中，而仍保持另一组元的晶格类型的固态金属晶体，固溶体分间隙固溶体和置换固溶体两种。固溶强化：由于溶质原子进入溶剂晶格的间隙或结点，使晶格发生畸变，使固溶体硬度和强度升高，这种现象叫固溶强化现象。化合物：合金组元间发生化合作用，生成一种具有金属性能的新的晶体固态结构。机械混合物：由两种晶体结构而组成的合金组成物，虽然是两面种晶体，却是一种组成成分，具有独立的机械性能。铁素体：碳在a-Fe（体心立方结构的铁）中的间隙固溶体。奥氏体：碳在g-Fe（面心立方结构的铁）中的间隙固溶体。渗碳体：碳和铁形成的稳定化合物（Fe3c）。珠光体：铁素体和渗碳体组成的机械混合物（F+Fe3c 含碳0.8%）莱氏体：渗碳体和奥氏体组成的机械混合物（含碳4.3%）

金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其它加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能，以获得不同的使用性能。在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中，热处理的作用逐渐为人们所认识。早在公元前770～前222年，中国人在生产实践中就已发现，铜铁的性能会因温度和加压变形的影响而变化。白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工艺。公元前六世纪，钢铁兵器逐渐被采用，为了提高钢的硬度，淬火工艺遂得到迅速发展。中国河北省易县燕下都出土的两把剑和一把戟，其显微组织中都有马氏体存在，说明是经过淬火的。随着淬火技术的发展，人们逐渐发现淬冷剂对淬火质量的影响。三国蜀人蒲元曾在今陕西斜谷为诸葛亮打制3000把刀，相传是派人到成都取水淬火的。这说明中国在古代就注意到不同水质的冷却能力了，同时也注意了油和尿的冷却能力。中国出土的西汉(公元前206～公元24)中山靖王墓中的宝剑,心部含碳量为0.15～0.4%，而表面含碳量却达0.6%以上，说明已应用了渗碳工艺。但当时作为个人“手艺”的秘密，不肯外传，因而发展很慢。 1863年，英国金相学家和地质学家展示了钢铁在显微镜下的六种不同的金相组织，证明了钢在加热和冷却时，内部会发生组织改变，钢中高温时的相在急冷时转变为一种较硬的相。法国人奥斯蒙德确立的铁的同素异构理论，以及英国人奥斯汀最早制定的铁碳相图，为现代热处理工艺初步奠定了理论基础。与此同时，人们还研究了在金属热处理的加热过程中对金属的保护方法，以避免加热过程中金属的氧化和脱碳等。 1850～1880年，对于应用各种气体(诸如氢气、煤气、一氧化碳等)进行保护加热曾有一系列专利。1889～1890年英国人莱克获得多种金属光亮热处理的专利。

搅拌轴热处理变形的控制

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/5b183674.html, 搅拌轴热处理变形的控制作者：苟选祥来源：《科技创新与应用》2013年第21期摘要：反应罐中的搅拌轴具有自身特点，加工工艺也比较特殊，对此，文章根据搅拌轴的热处理问题，并且运用在生产加工，现已经取得良好加工效果。关键词：搅拌轴；热处理；变形控制；加工在生产加工过程中使用的长轴是指工件长度和直径的比值在20-25范围之上的轴类零部件，我们称之为细长轴。并且在切削力，重力以及顶紧力三个方向力的作用下，横放置的细长轴会出现弯曲现象。所以做好细长轴的精加工问题，在精确度方面打好坚实的基础，对于控制工艺加工中细长轴的受热变形有很大的帮助。反应罐的搅拌轴就是同样的原理，本文根据实际经验，工艺生产着手，对搅拌轴的热处理其弯曲变形的对应措施进行简要的分析。 1 控制在搅拌轴变形的措施 1.1 搅拌轴的工序尺寸的控制，以及余量的合理应用搅拌轴的材质一般是2CR13或者是3CR13，由于搅拌轴作为反应罐的主要配件，机械运转对于其要求比较高，因此锻钢作为普遍选择的材料，正确合理的选择毛坯料会在很大程度上减少工艺中的粗加工的工作量。生产中的工序加工的余量是指在某一表面上的工序操作对金属所进行切割的金属层的厚度。工序加工的余量是前道工序和后道工序的差额数，前道工序的尺寸如果偏大，就会引起后道工序的余量超出，切削力也就会增大，此时的工件就会产生弯曲；但是前道工序的尺寸过小，就会引起后道工序就会有生产缺陷和误差。对此，各个工序的日常监管工作显得尤为重要，对工序的尺寸监督要谨慎严格，避免细长轴的弯曲。 1.2 搅拌轴的传统工艺和热处理搅拌轴的硬度应该控制在850之内，渗透度的深度应该大于0.50mm，其脆性级别指数应该在1-2级范围内，这是搅拌轴在热处理的氮化工艺要求，并且格外规定搅拌轴的全长的变形量应该控制在0.05mm范围内。我国在搅拌轴的初期应用上，按照传统的加工制造方式和流程有着独自的工艺线路以及热处理的方法。工艺线路是：锻坯，退火，调质，粗车，稳定回火，精车等直至精磨后成为成品工艺产品。传统的热处理采用的二段氮化的工艺方法，氮化后按照标准进行工艺检验，有以下的检验结果：第一，维式的表面硬度为HV150g-945，离表面的距离是0.05mm，硬度是HV150g-910，离表面相距0.60mm处的硬度为HV150g-348。

金属材料热处理变形的影响因素及控制策略林祥峰

金属材料热处理变形的影响因素及控制策略林祥峰发表时间：2019-01-11T15:27:45.960Z 来源：《新材料·新装饰》2018年7月上作者：林祥峰[导读] 在进行零部件加工中,由于有的情况下要对金属材料进行热加工处理,以此来提升金属材料的性能。在我国的金属材料加工中,是制造业发展的一个表现青海瑞合铝箔有限公司青海省西宁市 810000摘要：在进行零部件加工中,由于有的情况下要对金属材料进行热加工处理,以此来提升金属材料的性能。在我国的金属材料加工中,是制造业发展的一个表现,对机械设备的需要也在不断增加,在这样的条件下,要保证好机械材料的质量问题,就要对金属材料进行热加工处理。关键词：金属材料；热处理变形；影响因素；控制策略 1影响金属材料热处理变形的因素在对金属材料进行热加工环节中,由于金属材料自身结构问题,在受到外部环境变化,主要是受不等时间内冷和热的不均匀,就会有变形的可能。在对金属这些热处理过程中,金属本身温度会受到明显的变化,这样的温度变化,会对金属的内部结构形成影响,这样的影响在加剧的时候,就会引起金属外部形状的变化,这种变化就叫住内应力塑型变形。在内应力变形中,对金属外部特征的改变较多,而且这样的改变还会随着对金属材料的热加工频率而发生改变,也就讲,在对金属热加工的次数越高,变形的可能性就越大。在正常的情况下,金属材料的内应力主要分层两种,一种是热应力,另一种是组织应力变形。在对金属材料进行等同的热效应和冷效应后,在对这样的操作过程中,就可以获得热应力变形。然而在组织应力形状变形中,金属本身的性能、形状、还有就是对金属材料的加入和冷却方式都有着直接的关系。在对金属材料热加工过程中,我们可以了解到,要提高金属材料的使用性能,对这个提高的过程是繁琐和复杂的,而在操作中还要考虑金属材料的种类,以及操作规范都要进行合理的调整,同时收集参数内容。由于受到我国技术加工的局限性,在加工过程中对温度的控制和监测的精度都难以进行有效的把控,在这样的环境中进行热加工处理,是非常容易出现对温度控制的准确性,使金属材料的变形。 2在金属材料热处理过程中减少变形的控制原则 2.1遵循易操作性的原则一般而言,金属材料热处理企业遍布在城市近郊,但由于工艺操作的地域条件的控制,所以能达到金属材料热处理变形控制所要求的科学精细操作,为了化解这种局面,就应该在热处理变形解决方案和相关工艺的试用期间就保持更高一些的方案容错率,尽可能的减少外部环境对热处理变形控制的影响。 2.2遵循实用性的原则由于金属材料是一种不可再生资源,为了资源的可持续发展,我们应切实考虑资源的浪费问题。减少资源的浪费最为关键的就是需要减少金属热处理时材料的变形,实现资源的有效利用。在热处理过程中,我们务必采取科学有效的方法,确保加工过程的实用性,同时确保金属材料的充分利用。 2.3遵守科学性的原则为了减少热处理中的变形,就必须采取科学的管理方案。在工作上,我们金属材料加工的技师要秉持着科学的精神,运用科学的方法,即便在目前技术设备不够完善的状况下,也要确保技术材料的热处理不会有变形情况的出现,即便是有,也要限制在合理的范围内。 3金属材料热处理减少变形的途径和方法 3.1做好热处理工艺前的预处理工作金属热处理时的正火和退火对变形量也有影响。正火时若温度偏高,容易造成材料内部变形加大,所以应在热处理前进行温度控制。实践表明,正火处理后采用等温淬火处理手段可使材料内部结构更为均匀。另外,为提高材料正火处理的成效,结合材料自身结构特点采取适当的退火,可以缩小材料所受温度梯度,在热处理期间控制变形,提高材料热处理的质量和水平。 3.2金属材料热处理淬火工艺的科学运用这对金属材料热加工过程中,淬火工艺是金属材料热加工的核心技术,在这样的技术中,对金属热加工温度的稍微把握不准确,就会造成对金属材料的内应力变形,因此在加工中,要使用好淬火介质,有对介质合理有效的利用,保证金属内部不会有失调的现象发生,从而保证好金属变形。因此在淬火介质的使用中我们要采用科学合理的使用方法,要在工作中不断创新,要不断提高介质的使用,这是一个经验积累的过程,在工作中,要求金属加工工艺师要不断发现问题,然后解决问题,在解决问题中创造出新的工艺方法,从而在根本上解决金属材料在热加工中变形问题。在对金属冷却过程中是金属变形的关键步骤,因此,金属加工工艺师要严格按照工作流程来完成,要使用科学的冷却方法,在冷却中要把握好速度,这样就能有效的保证好金属材料的质量,而且还能金属变形的增量。在淬火工艺中,淬火的常用介质一般是水和油,在保证好放入的速度时,还要保证好水的温度,介质水温一般要求在55度到65度。如果使用油作为淬火介质,要求油温保持在60度到80度,关键技术还是在放入的速度把控中,质量和变形就看冷却的效果。这里对科学方法使用的强调,其最终的目的就是要保证好金属的变形问题,和质量性能问题。 3.3金属材料在热加工中冷却方法的科学化选择在现阶段的我国技术热处理加工中,对金属冷却的方法主要有双液淬火方式和单液淬火方等多种方式。所谓的双液淬火冷却方式主要是指,在对金属加入中,包金属先放入到一种液体介质中,使金属温度迅速降到300度,然后在把技术放入温度更低的介质中进行有效的冷却,这里还是要把握好两次放入的的速度问题,把握好速度才能把握好金属材料的质量。在单液淬火工艺中,需然能够提高在淬火中的工作效率,但是,却在淬火速度的控制中很难把控科学的方法。在对这两种淬火工艺的选择中,可以根据实际需要,来对金属淬火的质量与水平的把握。 3.4科学的选择装夹方式和夹具在对金属加热和冷却的过程中,对金属加工装夹的使用方式不同,被加工的金属材料的现状也就不同,在这里就要根据金属的实际现状来选择装夹工具,在合适的装夹工具中,才能保证技术材料的受热均匀,同时才能保证材料在加工过程中不会变形。而且在实际的工作中,。可以根据加工金属形状的改变,灵活采用装夹工具。结论

金属材料热处理变形原因及防止变形的技术措施

金属材料热处理变形原因及防止变形的技术措施摘要：在金属加工制造行业中，对热处理技术进行应用，能够从根本上实现对金属物理性质、化学性质的提升，满足了当前各项工业生产、制造事宜。在调查中发现，当前金属材料的热处理工作，主要山金属加热、保温和冷却等儿项工作流程所构成，但山于金属热处理工艺对于整体的工作环境、技术应用有着较高标准的要求，所以在实际操作的过程中，材料时常会发生变形的问题，这就需要相关工作人员在传统金属加工制造的基础上，实现热处理工艺技术的高效化应用，提升我国金属材料加工制造的整体质量与水平，进而推动社会的发展。关键词：金属材料；热处理变形原因；防止变形对于金属工件而言，基本的变形问题主要集中在尺寸变形以及形状变形两方面，但是，无论是哪种变形情况，都和热处理过程导致的工件内部应力息息相关。结合内应力的相关因素对问题因素进行分析，从而制定具有针对性的监督和管控措施，就能从根本上减少金属材料热处理变形和开裂导致的工件质量缺失性问题。 1金属材料性能分析在当前的社会生产生活中，金属材料的应用范圉十分的广泛。曲于金属材料具有韧性强、塑性好以及高强度的特点，因此其在诸多行业中均有所应用。当前常用的金属材料主要包括两种：即多孔金属材料以及纳米金属材料。纳米金属材料：一般情况下，只有物质的尺寸达到了纳米的级别，那么该物质的物理性质和化学性质均会发生改变。在分析与研究金属材料性能的过程中，主要分析金属材料的如下两种性能：其一，硬度。一般情况下，金属材料的硬度主要指的是金属材料的抗击能力。其二，耐久性。耐久性能和腐蚀性是金属材料需要着重考虑的一对因素。在应用金属材料的过程中不可避免的会受到各种物质的腐蚀，山此就会导致金属材料出现缝隙等问题。 2金属材料热处理变形的影响因素在对金属材料热处理变形的影响因素进行探究时，工作人员需要对金属材料热处理过程中各项工艺技术特点，进行全面化的掌握，并在此基础上，釆取一些具有针对性的改善措施，进而才能实现对金属材料变形的有效控制，也为金属材料热处理过程中变形控制工作的开展，起到了一定的促进作用。在对金属材料进行热处理的过程中，山于材料自身的密度构成、结构特点，以及在外界因素的影响下，材料本身可能会出现不等时性、冷热分布不均匀的问题。在金属材料受热的过程中，温度会发生较为明显的变化，这就会使金属材料内部结构的受力情况发生改变，金属材料变形的儿率增大，而这种山于内部应力分布所导致的变形，被称之为是内应力塑性变形。这种变形的特征性较为明显，会表现岀一定的方向性，且发生的频率较高，每一次对金属材料进行热加工，都会对其内部应力结构造成改变，进行热处理的频率越高，内部应力的变化情况越明显。在一般情况下, 金属材料的内应力一般被分成热应力和组织应力变形着两类，在相应的温度条件下，对金属材料展开加热、冷却操作后，可以获得纯热应力变形，组织应力变形和金属材料自身的性能、形状，以及加热冷却方式有着紧密的关联。从实际的操作流程中可以了解到，要想对金属材料的使用性能进行高效化的提升，整个热处理工序将会包含较多的工艺内容，并且在操作过程中，需要根据金属材料的种类、操作规范展开适当的调整，收集各项参数内容。但是在实际执行过程中，山于我国在温度控制、监测精度方面具备局限性，所以温度监测精度难以得到有效的把控，一旦在热处理过程中对温度的控制未能合理实现，那么就会导致比容变形的问题发生，增加金属材料变形儿率。 3金属材料热处理变形控制时需要遵循的原则

热处理基础知识考试试题

A . 单液淬火 B. 双液淬火 C. 分级淬火 D. 等温淬火 4、下列牌号中属于优质碳素结构钢的是（） A、45 B、T8 C、Q235 D、9SiCr 5、奥氏体是（）晶格。 A、体心立方 B、面心立方 C、密排六方 D、复杂斜方 6、铁碳合金相图中的A1线是（）。 A、共析线 B、共晶线 C、碳在奥氏体中的溶解度线 D、缓慢冷却时 7、在机械零件的加工过程中，往往将（）作为控制零件性能的最后一道热处理工序。 A)退火B)回火C) 正火D)淬火 8、钢的淬透性由（）决定。 A . 淬火冷却速度 B. 钢的临界冷却速度 C. 工件的形状 D. 工件的尺寸 9、亚共析钢的淬火加热温度为（）。 A . Ac3以上30～50 ℃ B. Ac1以上30～50 ℃ C. Accm以上30～50℃ D. Ac3以上50～80 ℃ 10、过共析钢的淬火加热温度为（）。 A . Ac3以上30～50 ℃ B. Ac1以上30～50 ℃ C. Accm以上30～50℃ D. Ac3以上50～80 ℃ 11、钢淬火的目的主要是为了获得（）。 A . 马氏体 B. 珠光体 C. 索氏体 D. 托氏体

12、正火后的组织比退火的（）。 A . 细 B. 粗 C. 相等 D. 几乎一样 2、淬火的目的是什么？ 13、属于淬火缺陷的是（）。 A . 偏析 B. 气泡 C. 白点 D. 硬度不足三、判断题（10小题，每小题2分，共20分） 1、HV表示材料的布氏硬度。（） 2、去应力退火组织无变化。（） 3、Q235属于碳素结构钢。 ( ) 4、钢件淬火后发现裂纹，如裂纹两侧有氧化脱碳现象，则淬火前裂纹就已存在。（） 5、碳素钢随含碳量的增加，其塑性、韧性将升高。（） 6、硬度愈低，金属的切削加工性能愈好。（） 7、高速钢由于具有极高的硬度而可以进行高速切削。（） 8、由于铸铁含碳量比钢高，所以硬度都比钢高。（） 9、表面热处理都是通过改变钢材表面的化学成分而改变表面性能的。（） 10、低碳钢为了改善组织结构和机械性能，改善切削加工性，常用正火代替退火。（）四、问答题（2小题，每小题15分，共30分）将同一棒料上切割下来的4块45#试样，同时加热到850°，然后分别在水、油、炉和空气中冷却，说明：各是何种热处理工艺？排列一下硬度大小。

减小和控制热处理变形的有效措施(1)

热处理变形产生的原因及控制方法学院：化学化工学院班级：09材料化学姓名：张怡群学号：090908050 摘要：热处理变形是热处理过程中的主要缺陷之一，对于一些精密零件和工具、模具，常常会因为热处理变形超差而报废。为此，本文对热处理变形产生的原因进行了阐述，并总结了减少和控制热处理变形的几种方法。关键词：热处理变形、产生原因、控制方法前言：金属热处理是将金属工件在适当的温度下通过加热、保温和冷却等过程，使金属工件内部组织结构发生改变，从而改善材料力学、物理、化学性能的工艺。热处理是改善金属工件性能的一种重要手段。在工件制造中选取合适的材料后，为了达到工艺要求而经常采用热处理工艺，但是热处理除了具有积极作用外，在处理过程中也不可避免地会产生形变。在实际生产中，热处理产生的变形，对后续工序的影响是至关重要的，有些贵重材料和一些机器中的重要零部件，因变形过大而导致报废。钢件在热处理过程中由于钢中组织转变时比容变化所造成的体积膨胀，以及热处理所引起的塑性变形，使钢件体积及形状发生不同程度改变。变形是热处理较难解决的问题，要完全不变形是不可能的，一般是把变形量控制在一定范围内。正文：1热处理变形的原因在生产实际中，热处理变形的表现形式多种多样，有体积和尺寸的增大和收缩变形，也有弯曲、歪扭、翘曲等变形，就其产生的根源来说, 可分为内应力造成的应力塑性变形和比容变化引起的体积变形两大类。 (1) 内应力塑性变形热处理过程中加热冷却的不均匀和相变的不等时性, 都会产生内应力, 在一定塑性条件的配合下, 就会产生内应力塑性变形。在加热和冷却过程中, 零件的内外层加热和冷却速度不同造成各处温度不一致,致使热胀冷缩的程度不同, 这样产生的应力变形叫热应力塑性变形。在加热和冷却过程中, 零件的内部组织转变而发生的时间不同, 这样产生的应力变形叫组织应力变形塑性变形。 (2) 比容变形在热处理过程中, 各种相结构的组织比容不同,在相变时发生的体积和尺寸变化为比容变形。比容变形一般只与奥氏体中碳和金元素的含量、游离相碳化物、铁素体的多少、淬火前后组织比容变化差和残余奥氏体的多少和钢的

常用变形铝合金退火热处理工艺规范标准

常用变形铝合金退火热处理工艺规 1 主题容与适用围本规规定了公司变形铝合金零件退火热处理的设备、种类、准备工作、工艺控制、技术要求、质量检验、技术安全。 2 引用文件 GJB1694变形铝合金热处理规 YST 591-2006变形铝及铝合金热处理规《热处理手册》91版 3 概念、种类 3.1 概念：将变形铝合金材料放在一定的介质加热、保温、冷却，通过改变材料表面或部晶相组织结构，来改变其性能的一种金属热加工工艺。 3.2 种类车间铝合金零件热处理种类：去应力退火、不完全退火、完全退火、时效处理。 4 准备工作 4.1 检查设备、仪表是否正常，接地是否良好，并应事先将炉膛清理干净； 4.2 抽检零件的加工余量，其数值应大于允许的变形量； 4.3工艺文件及工装夹具齐全，选择好合适的工夹具，并考虑好装炉、出炉的方法； 4.4 核对材料与图样是否相符，了解零件的技术要求和工艺规定； 4.5在零件的尖角、锐边、孔眼等易开裂的部位，应采用防护措施，如包扎铁皮、石棉绳、堵塞螺钉等； 5 一般要求 5.1 人员：热处理操作工及相关检验人员必须经过专业知识考核和操作培训，成绩合格后持证上岗5.2 设备 5.2.1 设备应按标准规要求进行检查和鉴定，并挂有合格标记，各类加热炉的指示记录的仪表刻度应能正确的反映出温度波动围； 5.2.2 热电温度测定仪表的读数总偏差不应超过如下指标：当给定温度t≤400℃时，温度总偏差为±5℃；当给定温度t＞400℃时，温度总偏差为±(t/10)℃。 5.2.3 加热炉的热电偶和仪表选配、温度测量、检测周期及炉温均匀性均应符合QJ 1428的Ⅲ类及Ⅲ类以上炉的规定。 5.3 装炉 5.3.1 装炉量一般以装炉零件体积计算，每炉零件装炉的有效体积不超过炉体积一半为准。 5.3.2 零件装炉时，必须轻拿轻放，防止零件划伤及变形。 5.3.3堆放要求： a.厚板零件允许结合零件结构特点，允许装箱入炉进行热处理，叠放时允许点及较少的线接触，避免面接触，叠放间隙不小于10mm. b.厚度t≤3mm的板料以夹板装夹，叠放厚度≤25mm，零件及夹板面无污垢、凸点，零件间、零件与夹板间应垫一层雪花纸，以防止零件夹伤。 5.3.4 装炉后需检查零件与电热原件，确定无接触时，方可送电升温，在操作过程中，不得随意打开炉门； 5.3.5 加热速度：变形铝合金退火的加热速度约13℃～15℃/秒，例如加热到410℃设定时间为0.5小时。

热处理基本知识

第二节钢在热处理加热和冷却时的组织转变在热处理过程中，由于加热、保温和冷却方式的不同，可以使钢发生不同的组织转变，从而可根据实际需要获得不同的性能。一、钢在热处理加热与保温时的组织转变 ——钢热处理加热的目的是获得部分或全部奥氏体，组织向奥氏体转变的过程称奥氏体化。加热至Ac1以上时：首先由珠光体转变成奥氏体（P→A）；加热至Ac3以上时：亚共析钢中的铁素体将转变为奥体（F→A）；加热至Ac cm以上时：过共析钢中的二次渗碳体将转变成奥氏体（Fe3C I→A） 1、奥氏体的形成过程共析钢奥氏体化：热处理加热至Ac1以上时，将全部奥氏体化，过程如下图。亚共析钢奥氏体化：原始组织为F+P，加热至Ac1以上时，P先奥氏体化，组织部分奥氏体化；加热至Ac3以上时，F奥氏体化，组织全部奥氏体化过共析钢奥氏体化：原始组织为P+Fe3C，加热至Ac1以上时，P先奥氏体化，组织部分奥氏体化；加热至Ac m以上时，Fe3C奥氏体化，组织全部奥氏体化 2、奥氏体的晶粒大小

奥氏体晶粒对性能影响：奥氏体的晶粒越细小、均匀，冷却后的室温组织越细密，其强度、塑性和韧性比较高。 [奥氏体的晶粒度]：晶粒度是指多晶体内晶粒的大小，可以用晶粒号、晶粒平均直径、单位面积或单位体积内晶粒的数目来表示。GB/T8493-1987将奥氏体晶粒分为8个等级，其中1~4级为粗晶粒；5~8级为细晶粒。 4级5级6级7级 [本质粗晶粒钢]：热处理时随加热温度的升高，奥氏体晶粒迅速长大的钢。 [本质细晶粒钢]：热处理时随加热温度的升高，奥氏体晶粒不易长大的钢。一般完全脱氧的镇静钢、含碳化物元素和氮化物元素的合金钢为本质细晶粒钢。 3、影响奥氏体晶粒大小的主要因素热处理工艺参数：加热速度、加热温度越、保温时间，其中加热温度对奥氏体晶粒大小的影响最为显著。钢的化学成分：大多数合金元素（锰和磷除外）均能不同程度地阻止奥氏体晶粒的长大，特别是与碳结合能力较强的碳化物形成元素（如铬、钼、钨、钒等）及氮化物元素（如铌、钒、钛等），会形成难熔的碳化物和氮化物颗粒，弥散分布于奥氏体晶界上，阻碍奥氏体晶粒的长大。因此，大多数合金钢、本质细晶粒钢加热时奥氏体的晶粒一般较细。原始组织：钢的原始晶粒越细，热处理加热后的奥氏体的晶粒越细。

影响淬火热处理变形的原因

影响淬火热处理变形的原因淬火是将钢件加热到临界温度以上,保温适当的时间,然后以大于临界冷却速度冷却,获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺,它是强化钢材的最重要的热处理方法。大量重要的机器零件及各类刀具、刃具、量具等都离不开淬火处理。需要淬火的工件,经过加热后,便放到一定的淬火介质中快速冷却。但冷却过快，工件的体积收缩及组织转变都很剧烈，从而不可避免地引起很大的内应力，容易造成工件变形及开裂。由于淬火变形影响因素非常复杂，导致变形控制十分棘手。而采用校直办法纠正变形或通过加大磨削加工余量，都会增加成本，因此研究钢件淬火热处理变形的影响因素，提出防止变形的措施是提高产品质量、延长零部件使用寿命、提高经济效益的重要课题。零件热处理变形原因分析 1 热应力引起的变形钢件在加热和冷却过程中,将发生热胀冷缩的体积变化以及因组织转变时新旧相比容差而产生的体积改变。零件加热到淬火温度时,屈服强度明显降低,塑性则大大提高。当应力超过屈服强度时,就会产生塑性变形,如果造成应力集中，并超过了材料的强度极限,就会使零件淬裂。导热性很差的高碳合金钢,如合金模具钢Cr12MoV、高速钢W18Cr4V之类的工具钢，淬火加热温度很高，如不采用多次预热和缓慢加热,不但会造成零件变形,而且会导致零件开裂而报废。此外,铸钢件和锻件毛坯,如果表层存在着一层脱碳层,由于表层和心部导热性能不同,在淬火加热较快时,也会产生热应力而引起变形。冷却时由于温差大,热应力是造成零件变形的主要原因。 2 组织应力引起的变形体积的变化往往与加热和冷却有关,因为它和钢的膨胀系数相关。比容的变化导致零件尺寸和形状的变化。组织应力的产生起源于体积的收缩和膨胀，没有体积的膨胀,就没有组织转变的不等时性,也就没有组织应力引起的变形，导致热处理变形的内应力是热应力和组织应力共同作用形成的复合应力，热应力和组织应力综合作用的结果是不定的,可能因冷却条件及淬火温度的不同而产生不同情况，淬火应力是由急冷急热应力及由组织转变不同时所引起的应力综合构成的。影响淬火热处理变形的主要因素在实际生产中，影响淬火热处理变形的因素有很多,其中主要包括钢的原始组织、含碳量、零件尺寸和形状、淬火介质的选择、淬火工艺、钢的淬透性等。 1 钢中的含碳量对零件淬火热处理变形的影响形成显微裂纹敏感度随马氏体中碳含量增高增大。当钢中碳含量大于1.4%时，形成显微裂纹敏感度反而减小。因为钢中碳含量大于 1.4%时马氏体的形态改变了，片变得厚而短，马氏体片之间的夹角变小，撞击机会和应力都有所减小。

热处理变形

第3章热处理变形工件的热处理变形，主要是由于热处理应力造成的。工件的结构形状、原材料质量、热处理前的加工状态、工件的自重以及工件在炉中加热和冷却时的支承或夹持不当等因素也能引起变形。凡是牵涉到加热和冷却的热处理过程，都可能造成工件的变形。但是，淬火变形对热处理质量的影响最大。因为淬火过程中，组织的比体积变化大、加热温度高，冷却速度快，故淬火变形最为严重。此外，淬火工艺通常安排在工件生产流程的后期，严重的淬火变形往往很难通过最后的精加工加以修正，结果使工件因形状尺寸超差而报废，造成先前各道工序的人力物力的损失；即使对淬火变形的工件能够进行校正和机加工修整，也会因而增加生产成本。工件热处理后不稳定组织和不稳定的应力状态，在常温和零下温度，长时间放置或使用过程中，逐渐发生转变而趋于稳定，也会伴随引起工件的变形，这种变形称为时效变形。时效变形虽然不大，但是对于精密零件和标准量具也是不允许的，实际生产中必须予以防止。工件的热处理变形是热处理常见的主要缺陷之一。如何减小或控制热处理变形是热处理工作者的一项重要任务。工件的热处理变形分为尺寸变化(体积变形)和形状畸变两种形式。造成这两种形式的变形原因有所不同，尺寸变形归因于相变前后比体积差引起的工件的体积改变，形状畸变则是由于热处理过程中，在各种复杂应力综合作用下，不均匀的塑性变形造成的。这两种形式的变形很少单独存在，但是对某一具体工件和热处理工艺，可能以一种形式的变形为主。 1 工件热处理的尺寸变化不同的组织具有不同的体积。常见组织的比体积如表3-1所示。表3-1钢中各组织的比体积组织wc(％) 室温下的比体积／(cm3。g-1)

热处理淬火及变形

热处理工艺、操作与变形关系一、预处理淬火前通过对工件进行消除应力、改善组织的预备热处理，对减少淬火变形是非常有利的。预处理一般包括球化退火、消除应力退火，有些还采用调质或正火处理。 ①消除应力退火：在机械加工过程中，工件表层在加工方法、背吃刀量、切削速度等的影响下，会产生一定的残余应力，由于其分布的不均衡，导致了工件在淬火时产生了变形。为了消除这些应力的影响，淬火前将工件进行一次消除应力的退火是必要的。消除应力退火的温度一般为500-700 ℃，在空气介质中加热时，为防止工件产生氧化脱碳可采用500-550 ℃进行退火，保温时间一般为2-3h。工件装炉时要注意可能因自重引起的变形，其他操作同一般退火操作。 ②以改善组织为目的的预热处理：这种预处理包括球化退火、调质及正火等。 ——球化退火：球化球退火是碳素工具钢及合金工具钢在热处理过程中必不可少的工序，球化退火后所获得的组织对淬火变形趋势影响很大。所以可以通过调整退火后的组织来减少某些工件有规律的淬火变形。 ——其他预处理：为减少淬火变形所采用的预处理方法有很多种，如调质处理、正火处理等。针对工件产生淬火变形的原因及工件所用材料，合理地选用正火、调质等预处理对减少淬火变形是有效的。但应对正火后引起的残余应力及硬度提高对机加工的不利影响应给予注意，同时调质处理对含W Mn 等钢可减少淬火时胀大，而对GCr15等钢种的减少变形作用不大。在实际生产中要注意分清淬火变形产生的原因，即要分清淬火变形是由残余应力引起的还是由组织不佳引起的，只有这样才能对症处理。若是由残余应力引起的淬火变形则应进行消除应力退火而不用类似调质等改变组织的预处理，反之亦然。只有这样，才能达到减少淬火变形的目的，才能降低成本，保证质量。以上各种预处理的具体操作同其他相应操作，此处不赘述。

热处理基础理论知识

热处理基础理论知识一.热处理基本原理 1.碳合金的基本知识钢和铁常通称为铁碳合金，其基体金属是铁，合金中除铁而外的其他组元如碳等，通称为合金元素。我们通常在实际使用中只分析铁碳二元合金系，合金系中基本相有铁素体（F、α）、滲碳体（Fe C）、奥氏体（γ）三种。 3

图1.铁碳相图根据Fe-Fe3C相图，我们把钢分三类：亚共析钢(含碳量＜0.77％C) 共析钢（0.77％C）过共析钢（0.77～2.11％C）铁碳合金的组织与它的含碳量关系极大，所以它的性能也随含碳量的多少而变。合金的室温组织是铁素体和滲碳体构成的机械混合物，随合金含碳量增加，合金中的滲碳体量愈来愈多，滲碳体的分布也随之发生变化。 2.奥氏体铁－滲碳体相图是研究铁碳合金热处理的基础。例如，钢加热到A1温度以上时，将发生组织转变，形成奥氏体，而随后进行冷却时，会因冷却速度值不同而获得稳定组织、不稳定组织和介于两者之间的所谓亚稳定组织。这就说明，经过加热和冷却这样的处理之后，可使钢材表现出不同的性能。奥氏体的形成当把钢加热到Ac1温度时，组织中的珠光体即开始转变为奥氏体，一般将奥氏体的形成过程分为生核、长大、剩余滲碳体溶解和奥氏体成分均匀化四个阶段。 2.1奥氏体形核，奥氏体的晶核通常优先地产生于珠光体中铁素体与渗碳体的相界面上。因为在相界面上空位密度较高，原子排列较不规整，容易获得形成奥氏体所需要的能量和浓度的条件。 2.2奥氏体长大奥氏体晶核形成后，一面与渗碳体相接，另一面与铁素体相接。在靠近铁素体处的碳含量较低，因此在奥氏体中出现了碳浓度梯度，引起了碳在奥氏体中不断地由高浓度向低浓度的扩散。随着碳扩散的影响，奥氏体与铁素体接触处的碳浓度增高，而使奥氏体与渗碳体接触处碳浓度降低，因此失去平衡。为了恢复平衡，渗碳体势必不断地溶解，又有碳原子溶入奥氏体，使其含碳量升高而恢复到奥氏体碳的最大溶解量，与此同时发生奥氏体的碳原子又向铁素体扩散，促使这部分铁素体转变为奥氏体，并使其自身的碳含量又下降，回复到奥氏体碳的最低溶解量。这样碳浓度再一次失去平衡和恢复平衡这种反复循环过程，就使奥氏体一方