套類零件熱處理變形開裂的預(yù)防與處理

1、套類零件熱處理變形開裂的預(yù)防與處理 摘 要：套類零件往往會(huì)產(chǎn)生變形嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)套類零件熱處理時(shí)，往生開裂，變形嚴(yán)重或開裂時(shí)，將導(dǎo)致零件報(bào)廢，因此，套類在熱處理前必須進(jìn)行預(yù)防處理，從而避免不必要的經(jīng)濟(jì)損失。 關(guān)鍵詞：套類零件 奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變 預(yù)備熱處理 中圖分類號(hào)：tg1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a 文章編號(hào)：1674-098x（2012）12（c）-00-02 套類零件在機(jī)械制造中占有一定比例，包括道向套、隔離套、套圈及內(nèi)齒圈等，套類零件一般都是壁較薄且結(jié)構(gòu)中有溝槽，造成結(jié)構(gòu)懸殊，結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，這給熱處理造成很大的困難。 1 套類零件變形與開裂原因分析 變形或開裂是熱處理中常見的缺陷，導(dǎo)致變形或開裂的根本

2、原因是熱處理時(shí)工件內(nèi)部產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。工件在加熱和冷卻時(shí)，其表層與心部溫度或各部分溫度變化是不一致的。，由于工件各部分熱脹冷縮的不一致，引起工件內(nèi)部一部分金屬對(duì)另一部分金屬的作用力，因而產(chǎn)生了內(nèi)應(yīng)力，稱為熱應(yīng)力。加熱和冷卻的速度越大，熱應(yīng)力也就越大。此外，在熱處理過程中，由于工件各部分組織轉(zhuǎn)變的不一致性或不同時(shí)性，引起體積的膨脹或收縮也不一致，從而也會(huì)內(nèi)應(yīng)力，稱為組織應(yīng)力。特別是奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)產(chǎn)生體積膨脹。由于組織轉(zhuǎn)變不同時(shí)性，正在轉(zhuǎn)變的組織收到尚未轉(zhuǎn)變部分組織的阻礙，組織應(yīng)力最顯著。 在熱應(yīng)力與組織應(yīng)力的共同作用下，如熱應(yīng)力與組織應(yīng)力合力超過材料的屈服極限s將產(chǎn)生工件的變形，如熱應(yīng)力與組

3、織應(yīng)力合力超過材料的強(qiáng)度極限b工件將產(chǎn)生開裂。 2 零件的結(jié)構(gòu)分析 變形和開裂是由熱應(yīng)力與組織應(yīng)力共同作用的結(jié)果。熱應(yīng)力是由于工件在加熱和冷卻時(shí)各部熱脹冷縮不一致而產(chǎn)生；工件在加熱時(shí)厚度大的傳熱較慢熱脹也就慢，冷卻時(shí)，厚度大的冷卻也較慢冷縮也就慢，因此厚度大的結(jié)構(gòu)限制了厚度薄的結(jié)構(gòu)的熱脹和冷縮。組織應(yīng)力是由于加熱和冷卻時(shí)組織轉(zhuǎn)變不同時(shí)而產(chǎn)生。同理，由于工件厚薄的差異，厚度較大的結(jié)構(gòu)無(wú)論加熱或冷卻組織轉(zhuǎn)變都滯后厚度較薄的結(jié)構(gòu)，因此，引起體積膨脹或收縮也不一致。同樣厚度較大的結(jié)構(gòu)限制了其它結(jié)構(gòu)的組織轉(zhuǎn)變。 明確了應(yīng)力產(chǎn)生的原因與工件的結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系，零件設(shè)計(jì)，編制加工與工件的熱處理變形有很大的關(guān)系

4、，在零件設(shè)計(jì)時(shí)注意工件的截面積不宜過于懸殊，且截面形狀盡量對(duì)稱。如設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)法調(diào)整，在工件熱處理前采用工藝調(diào)整的方法預(yù)留較大的加工余量或預(yù)留工藝臺(tái)，在熱處理后去除預(yù)留結(jié)構(gòu)；在工件結(jié)構(gòu)較薄處加副結(jié)構(gòu)。如圖所示：套類零件在中間結(jié)構(gòu)中有一較深的槽。 如不采取加大加工余量或附加結(jié)構(gòu)，熱處理后會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重變形或開裂，直接造成工件熱處理而報(bào)廢。圖示套類零件技術(shù)要求：淬火硬度hrc4247；內(nèi)表面為工作面面與導(dǎo)柱配合要求耐磨；導(dǎo)柱在導(dǎo)套內(nèi)滑動(dòng)自如（內(nèi)孔變形量不能超過磨削余量）熱處理后磨削余量不超過淬硬層的40.結(jié)合裝配圖深槽為安裝密封圈的密封槽，經(jīng)淬火后硬度較高，車削無(wú)法加工，用磨削砂輪越槽，無(wú)法滿足密封要求，

5、因此，深槽必須在熱處理前加工，熱處理后進(jìn)行修正。 由于深槽處壁厚與其他結(jié)構(gòu)有較大的懸殊，加熱和冷卻時(shí)，加熱或冷卻都較快，熱脹或冷縮與其它結(jié)構(gòu)有很大的差異，熱應(yīng)力較大，加熱時(shí)可能產(chǎn)生變形。深槽處由于加熱和冷卻較快，加熱時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的速度較快，冷卻時(shí)由奧氏體轉(zhuǎn)變馬氏體在深槽（薄壁）處較快，首先產(chǎn)生體積膨脹，同時(shí)又受到厚壁處未轉(zhuǎn)變部分的阻礙，從而在深槽處組織應(yīng)力最大，且此處截面積較小，往往組織應(yīng)力會(huì)大于材料的屈服極限；因此導(dǎo)致在此處產(chǎn)生變形。如果在深槽處的熱應(yīng)力與組織應(yīng)力合力達(dá)到材料的強(qiáng)度極限會(huì)產(chǎn)生開裂。 3 預(yù)防措施 （1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)預(yù)防措施。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意工件截面積不宜有過大的懸殊，截面形狀

6、盡量對(duì)稱，如圖所示的圖形結(jié)構(gòu)，有兩處截面懸殊較大，由于零件安裝的需要無(wú)法避免，應(yīng)從加工工藝和熱處理預(yù)防等方面進(jìn)行控制。 （2）機(jī)械加工工藝預(yù)防措施。在熱處理之前的機(jī)械加工屬于半精加工，需要考慮精加工的加工余量，由于熱處理變形的加工余量；同時(shí)避免尖棱和直角。采取如圖所示的工藝措施：在厚壁向薄壁過度處采用較大的過渡圓角如圖采用r8。 在直角和尖棱處采用大倒角或圓角345。 盡量把深槽在熱處理后進(jìn)行加工或熱處理前預(yù)留適當(dāng)加工余量。 （3）熱處理預(yù)防措施 由于熱處理后內(nèi)孔表面硬度要求較高可達(dá)hrc4247，在熱處理后不能采用車削加工，磨削只能加工內(nèi)孔，密封槽無(wú)法加工，需要在熱處理前加工好孔內(nèi)密封槽。

7、熱處理預(yù)防措施： 為了防止加熱或冷卻時(shí)熱脹冷縮差異及組織轉(zhuǎn)變的不同時(shí)性，采用填料的方法保持加熱和冷卻的均勻性，從而減少熱脹、冷縮及組織轉(zhuǎn)變的差異，減少熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，減少工件的變形。 減緩加熱速度，采用加熱過程中多次均溫，傳熱方式盡量選擇熱傳導(dǎo)減少熱輻射的傳導(dǎo)方式，從而減少各部分溫度差，盡量保持熱脹冷縮及組織轉(zhuǎn)變的同時(shí)性，減少熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，減少工件的 變形。 在熱處理前進(jìn)行預(yù)備熱處理；如在切削加工后進(jìn)行去應(yīng)力退火，在工件粗加工后進(jìn)行正火處理，保證工件材料組織均勻，晶粒細(xì)化，可減少組織均勻化有效時(shí)間，減少組織應(yīng)力。減少工件的變形。 在工件冷卻時(shí)采用必要的預(yù)冷：淬火時(shí)由于工件表面先與冷卻介質(zhì)

8、接觸奧氏體先于內(nèi)部轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體會(huì)產(chǎn)生體積膨脹，內(nèi)部未轉(zhuǎn)變部分將阻礙體積的膨脹。預(yù)冷目的：由于加熱時(shí)工件表面溫度高于內(nèi)部溫度，預(yù)冷時(shí)表面冷卻快內(nèi)部冷卻慢，必要和適當(dāng)?shù)念A(yù)冷可使工件表面和內(nèi)部溫度趨于一致，冷卻時(shí)減少了組織轉(zhuǎn)變的不同時(shí)性，組織應(yīng)力大大減少，減少工件的變形。 （4）實(shí)驗(yàn)方法和結(jié)果分析 實(shí)驗(yàn)方法：將一批420件的套類零件分兩組進(jìn)行試驗(yàn)：試件（樣）材料為45鋼，試驗(yàn)前化驗(yàn)工件含碳量，取樣化驗(yàn)時(shí)從庫(kù)房抽取兩件406000同批次，同廠家生產(chǎn)原料，其中一件含碳量為0.43，另一件的含碳量為0.46。各取含碳不同試件105件，分類裝箱，為兩組。 實(shí)驗(yàn)步驟：先對(duì)兩組工件按含碳量進(jìn)

9、行分類鍛造，含碳量0.43的210件和0.46的210件分箱裝，鍛造時(shí)采用相同的工藝方法進(jìn)行鍛造。粗加工內(nèi)孔和外圓及臺(tái)階，臺(tái)階直角處加工成345，直徑由小變大過渡采用r8圓弧過渡，含碳量為0.43的試件用890 正火，含碳量為0.46的試件用870 。另一批試件粗加工時(shí)按正常加工成145 ，不用圓弧過渡。統(tǒng)一采用880 正火。正火后進(jìn)行半精加工，精加工按圖示加工。第二批直角處不倒角，直徑變化處不用圓弧過渡。淬火：第一批按如圖加熱冷卻曲線， 在加熱過程中采用三次均溫（保溫）保證工件加熱時(shí)不同壁厚處溫差減少，熱脹及向奧氏體轉(zhuǎn)變差異減少，冷卻時(shí)采用適當(dāng)?shù)念A(yù)冷減少工件表面和內(nèi)部溫差，減少組織轉(zhuǎn)變的不同時(shí)性，從而減少組織應(yīng)力。第二批采用連續(xù)加熱和連續(xù)冷卻的方式，淬火后采用360 回火，保溫45 min，以保證組織的穩(wěn)定性和均勻性。 結(jié)果比較：第一批210件變形18件其中內(nèi)孔變形在0.10.23 mm有11件，外圓變形在0.120.25 mm有7件，通過磨削可消除變形，有2件嚴(yán)重變形在0.42 mm只能報(bào)廢。第二批210件78件變形，內(nèi)孔變形在0.210.35 mm有48件，外圓變形在0.30.42 mm有30件可加大磨削余量消除變形，其中17件嚴(yán)重變形，7件在深槽處有裂紋只能報(bào)廢。 根據(jù)以上的結(jié)果分