熱處理變形控制及校正方法在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用

1、-. z.內(nèi)容提要在熱處理過(guò)程中，工件變形是一種不可防止的現(xiàn)象。變形量保持在一定的要求*圍內(nèi)不影響工件的使用，但變形過(guò)大、以至于超出公差要求*圍則工件報(bào)廢，不能使用，造成浪費(fèi)。本文通過(guò)對(duì)多年實(shí)際操作經(jīng)歷的總結(jié)，從理論上闡述了工件熱處理產(chǎn)生變形的原因，并聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際，介紹了在熱處理各個(gè)環(huán)節(jié)中產(chǎn)生變形的因素并極具針對(duì)性的介紹了控制各種產(chǎn)生變形的因素，諸如：分級(jí)淬火、等溫淬火、預(yù)冷淬火等熱處理控制變形方法及其他確實(shí)有效的變形控制方法。并以實(shí)際生產(chǎn)中的產(chǎn)品為例，比照證明了相關(guān)控制并減小熱處理變形的方法。以及實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，在產(chǎn)生較大變形的情況下，針對(duì)不同的產(chǎn)品特性所采取的校型方法。-. z.1、熱處理

2、變形產(chǎn)生的原理及危害工件淬火中引起的變形宏觀或微觀是操作中一種常見(jiàn)庛病，碳素鋼薄板類(lèi)工件在淬火前采用綜合工藝可以在不同程度控制變形，對(duì)于模具鋼、高速鋼、量具鋼可以結(jié)合分級(jí)淬火、等溫淬火、預(yù)冷淬火減小變形量。熱處理的各個(gè)環(huán)節(jié)，都存在導(dǎo)致產(chǎn)生變形的因素。物體的熱脹冷縮是眾所周知的一種現(xiàn)象，鋼材同樣也是如此，淬火時(shí)當(dāng)高溫工件放入淬火冷卻劑時(shí)，遇冷工件必然會(huì)產(chǎn)生收縮。工件截面上各局部的冷卻是有先后的，因此各局部發(fā)生收縮也就有了先后，工件外表先冷卻、先發(fā)生收縮，工件中心后冷卻，還沒(méi)有發(fā)生收縮。這樣外表的收縮就必然要受到中心局部的牽制。這種由于工件表里熱脹冷縮的不一致即有溫差而造成的內(nèi)應(yīng)力稱(chēng)熱應(yīng)力。鋼在淬

3、火冷卻過(guò)程中還要發(fā)生奧氏體向馬氏體組織的轉(zhuǎn)變過(guò)程，由于奧氏體的比容較馬氏體小得多，所以在奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變的同時(shí)，也就伴隨著發(fā)生體積的膨脹。由于工件截面上各局部的冷卻速度不一致，因此發(fā)生組織的轉(zhuǎn)變和體積的膨脹 也就不一致。工件外表先冷到Ms點(diǎn)，先發(fā)生轉(zhuǎn)變和膨脹，而此時(shí)中心局部卻尚未或正在開(kāi)場(chǎng)發(fā)生轉(zhuǎn)變和膨脹，這樣外表的體積必然要受到中心局部的約束。這種由于工件表里組織轉(zhuǎn)變的不一致而造成的內(nèi)應(yīng)力稱(chēng)組織應(yīng)力。對(duì)每一個(gè)淬火工件來(lái)講，既有熱應(yīng)力，又有組織應(yīng)力，問(wèn)題在于這兩種應(yīng)力綜合的結(jié)果如何。當(dāng)這兩種應(yīng)力的綜合結(jié)果超過(guò)了鋼材的屈服強(qiáng)度s時(shí)，則引起變形，當(dāng)這兩種內(nèi)應(yīng)力綜合的結(jié)果超過(guò)了鋼材的強(qiáng)度極限b時(shí)，則

4、將引起鋼材發(fā)生開(kāi)裂的危險(xiǎn)。2、變形的控制方法2.1 熱處理過(guò)程中控制變形的方法2.1.1 加熱控制法2.1.1.1 對(duì)于形狀復(fù)雜的重要零件及薄板件或工具，可在加熱淬火前進(jìn)展一次或兩次預(yù)熱，這樣可以減少工件表里的溫差所造成的熱應(yīng)力。2.1.1.2 在保證硬度的前提下選正常淬火溫度下限和采用冷卻能力較為緩慢的淬火冷卻劑。2.1.1.3 在可能條件下，最好采用分級(jí)淬火或等溫淬火法。此外，預(yù)冷淬火和雙液淬火法也是減小工件淬火應(yīng)力和變形的一效方法。2.1.2 冷卻控制法對(duì)于厚薄不對(duì)稱(chēng)、孔洞不對(duì)稱(chēng)，存在直角、尖角、盲孔等，加熱前可以局部綁扎或填堵孔洞，冷卻時(shí)可采用局部預(yù)冷或分先后次序冷卻的方法，還可以通過(guò)

5、控制冷卻溫度，調(diào)節(jié)剩余奧氏體量到達(dá)微變形的效果。2.1.3 淬火操作控制方法2.1.3.1 細(xì)長(zhǎng)工件鉆頭、長(zhǎng)大銑刀、扣箱錐或薄而平的工件應(yīng)十分垂直地浸入，以防彎曲。2.1.3.2 薄壁環(huán)狀工件如圓環(huán)、套圈應(yīng)軸向垂直浸入淬火冷卻劑中。2.1.3.3 厚薄不均的零件，要有選擇地將零件的*一部位先預(yù)冷或先淬入介質(zhì)中，以盡可能使零件整體各個(gè)方向上的冷卻速度均勻。2.2 熱處理前控制變形的方法2.2.1消除應(yīng)力控制法工件從毛坯制造開(kāi)場(chǎng)，經(jīng)多道工序后，存在復(fù)雜的加工應(yīng)力，如果將較大的加工剩余應(yīng)力帶入熱處理的加熱過(guò)程，零件熱處理后產(chǎn)生的變形量，很可能會(huì)超過(guò)預(yù)留給熱處理工序的加工余量。2.2.2 裝爐方式控制

6、法細(xì)長(zhǎng)軸、條狀、薄板類(lèi)零件，宜垂直吊掛在加熱爐中加熱去應(yīng)力、加熱過(guò)程、淬火過(guò)程、回火過(guò)程不宜在箱式爐中平放或斜放，齒輪經(jīng)滲碳或碳氮共滲后的淬火，必須使用專(zhuān)用淬火壓床或?qū)Ｓ脢A具，以防止產(chǎn)生翹曲變形。3、生產(chǎn)中應(yīng)用控制變形方法的實(shí)例3.1 45#鋼墊板380*260*5mm淬火變形的控制產(chǎn)品圖紙見(jiàn)圖3-1，采用多種熱處理方式進(jìn)展比照試驗(yàn)，具體工藝參數(shù)見(jiàn)表3-1。圖3-1 45#鋼墊板380*260*5mm表3-1 45#鋼墊板380*260*5mm熱處理工藝參數(shù)比照去應(yīng)力設(shè)備溫度時(shí)間預(yù) 熱一次)加熱設(shè)備/溫度保溫時(shí)間淬火介質(zhì)停留時(shí)間淬火后硬度HRC變形量回火溫度時(shí)間工藝標(biāo)準(zhǔn)無(wú)無(wú)45千瓦箱式電阻爐9

7、2010分鐘油33373mm34060分鐘自設(shè)標(biāo)準(zhǔn)井式低溫回火爐采用垂直吊掛650、30分鐘緩冷300以下、空冷60020分鐘中溫鹽浴爐8403分鐘160硝鹽3分鐘取出后空冷48500.3mm無(wú)自設(shè)標(biāo)準(zhǔn)井式低溫回火爐垂直吊掛650、30分鐘緩冷300以下、空冷60020分鐘中溫鹽浴爐8005分鐘160硝鹽分級(jí)淬火3分鐘取出空冷50550.3mm垂直吊掛20060分鐘采用表3-2工藝標(biāo)準(zhǔn)一淬火后工件變形，由于65Mn材質(zhì)淬火后校型困難，變形問(wèn)題比擬棘手。采用自設(shè)標(biāo)準(zhǔn)：因65Mn淬透性比碳鋼高，脫碳傾向小，然而過(guò)熱敏感性較大，錳又使Ac1、Ac3降低，所以加熱溫度，保溫時(shí)間要注意，故中溫鹽溫度改為

8、800，保溫5分鐘，其余數(shù)據(jù)同表3-2。共20塊供外樣板體硬度、變形量均100%到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)。3.3 T10 樣板淬火變形的控制圖3-3 樣板體產(chǎn)品圖紙見(jiàn)圖3-3，采用多種熱處理方式進(jìn)展比照試驗(yàn)，具體工藝參數(shù)見(jiàn)表3-3。表3-3 T10 樣板熱處理參數(shù)比照去應(yīng)力設(shè)備、溫度、時(shí)間預(yù)熱加熱設(shè)備溫度保溫時(shí)間淬火介質(zhì)停留時(shí)間淬火后硬度HRC變形量260回火60分鐘改良前無(wú)無(wú)45千瓦箱式電阻爐84015分鐘160 硝鹽3分鐘64660.40.6mm6365實(shí)驗(yàn)井式回火爐垂直吊掛65030分鐘緩冷300空冷60030分鐘45千瓦箱式電阻爐82012分鐘180 硝鹽3分鐘62650.20.4mm6264實(shí)驗(yàn)井式

9、低溫回火爐采用垂直吊掛65030分鐘緩冷300空冷60030分鐘45千瓦箱式電阻爐800爐內(nèi)先加平墊板10分鐘200 硝鹽2分鐘6062=0.3mm5760采用實(shí)驗(yàn)(二)數(shù)據(jù)，生產(chǎn)共30種150塊供外件(厚度一樣)不同形狀、不同尺寸的工件，一次交驗(yàn)145塊合格，合格率97%對(duì)于碳素鋼45#尺寸較大的薄板、65Mn、T10A形狀復(fù)雜的樣板體，其厚度1.5mm，硬度5456HRC；校直后，變形量0.3mm，硬度3941HRC。校直方法還有很多，應(yīng)結(jié)合具體工件，采用合理方法，到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)要求。結(jié)論：本文通過(guò)對(duì)在熱處理工藝流程中各種對(duì)熱處理產(chǎn)品產(chǎn)生變形的因素的分析，針對(duì)各因素特點(diǎn)，通過(guò)特定熱處理手段及熱處理前后的準(zhǔn)備工作，控制熱處理產(chǎn)品的變形量?？刂品椒ㄈ缦拢?、熱處理控制方法：包括控制加熱方式、控制冷卻方法、控制熱處理淬火過(guò)程中的操作方法三種控制方式。2、其他控制方法：包括熱處理前的應(yīng)力消除方法及裝爐方