熱處理變形基礎(chǔ)知識

熱處理變形工件的熱解決變形—重要是由于熱解決應(yīng)力造成的。工件的構(gòu)造形狀、原材料質(zhì)量、熱解決前的加工狀態(tài)、工件的自重以及工件在爐中加熱和和冷卻時的支承或夾持不當(dāng)?shù)纫蛩匾材芤l(fā)變形。但凡牽涉到加熱和冷卻的熱解決過程,都可能造成工件變形。但是,淬火變形對熱解決質(zhì)量的影響最大。嚴重的淬火變形往往很難通過最后的精加工加以修正,即使對淬火變形的工件能夠進行校正和機加工修整,也會因而增加生產(chǎn)成本。工件熱解決后的不穩(wěn)定組織和不穩(wěn)定的應(yīng)力狀態(tài),在常溫和零下溫度,長時間放置或使用過程中,逐步發(fā)生轉(zhuǎn)變而趨于穩(wěn)定,也會隨著引發(fā)工件的變形,這種變形稱為時效變形。時效變形即使不大,但是對于精密零件和原則量具也是不允許的。工件的熱解決變形分為尺寸變化(體積變形)和形狀畸變兩種形式。尺寸變形歸因可相變前后比體積差引發(fā)工件的體積變化,形狀畸變則是由于熱解決過程中,在多個復(fù)雜應(yīng)力綜合作用下,不均勻的塑性變形造成的。這兩種形式的變形極少單獨存在,但是對具體工件和熱解決工藝,可能以一種形式的變形為主。工件熱解決的尺寸變化不同的組織含有不同的體積。常見組織的比體積表以下;組織wc(％)室溫下的比體積/(cm3/g)奧氏體0—20.1212+0.0033(C％)馬氏體0---20.1271+0.0025(C％)鐵素體0---0.020.1271滲碳體6.7+-0.20.130+-0.001∈-碳化物8.5+-0.70.140+-0.002石墨1000.451鐵素體+滲碳體0---20.1271+0.0005(C％)低碳馬氏體+∈-碳化物0---20.1277+0.0015(C％-0.25)鐵素體+∈-碳化物0---20.1271+0.0015(C％)工件在熱解決加熱和冷卻過程中,由于相變引發(fā)的體積差造成的體積變形。碳鋼組織轉(zhuǎn)變引發(fā)的尺寸變化組織轉(zhuǎn)變體積變化(％)尺寸變化(％)球狀珠光體->奧氏體-4.64+2.21(wc)-0.015+0.0074(wc)奧氏體->馬氏體4.64–0.53(wc)-0.0155+0.0018(wc)球狀珠光體->馬氏體1.68(wc)0.0056(wc％)奧氏體->下貝氏體4.64–1.43(wc)0.0156–0.0048(wc)球狀珠光體->下貝氏體0.78(wc)0.0026(wc)奧氏體->鐵素體->滲碳體4.64–2.21(wc)0.0155–0.0074(wc)球狀珠光體->鐵素體->滲碳體002>工件熱解決的形狀畸變工件熱解決的形狀畸變有多個因素。加熱過程中殘存應(yīng)力的釋放,淬火時產(chǎn)生的熱應(yīng)力、組織應(yīng)力以及工件自重都會使工件發(fā)生不均勻的塑性變形而造成形狀畸變。工件細長，爐底不平，工件在爐中呈搭橋狀態(tài)放置時,當(dāng)加熱至奧氏體化溫度下保溫過程中,常因自重產(chǎn)生蠕變畸變,這種畸變與熱解決應(yīng)力無關(guān)。工件在熱解決前由于多個因素可能存在內(nèi)應(yīng)力,例如,細長零件通過校直,大進給量切削加工,以及預(yù)先熱解決操作不當(dāng)?shù)纫蛩?都會在工件中形成殘存應(yīng)力。熱解決加熱過程中,由于鋼的屈服強度隨溫度的升高而減少,當(dāng)工件中某些部位的殘存應(yīng)力達成其屈服時,就會引發(fā)工件的不均勻塑性變形而造成形狀畸變和殘存應(yīng)力的松弛。加熱時產(chǎn)生的熱應(yīng)力,受鋼的化學(xué)成分、加熱的速度、工件的大小形形狀的影響很大。導(dǎo)熱性差的高合金鋼,加熱速度過快,工件尺寸大、形狀復(fù)雜、各部分厚薄不均勻,會致使工件各部分的熱膨脹程度不同而形成很大的熱應(yīng)力,造成工件不均勻塑性變形,從而產(chǎn)生形狀畸變。與工件加熱時狀況相比,工件冷卻時產(chǎn)生的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力對工件的變形影響更大。熱應(yīng)力引發(fā)的變形重要發(fā)生在熱應(yīng)力產(chǎn)生的早期,這是由于冷卻早期工件內(nèi)部仍處在高溫狀態(tài),塑性好,在瞬時熱應(yīng)力作用下,心部因受多向壓縮易發(fā)生屈服而產(chǎn)生塑性變形。冷卻后期,隨工件溫度的減少，鋼的屈服強度升高,相對來說塑性變形變得更加困難,冷卻至室溫后,冷卻早期的不均勻塑性變形得以保持下來造成工件的變形。3>熱解決變形的普通規(guī)律淬火變形的趨勢Ms以上時,變形重要由熱應(yīng)力所引發(fā)高度不不大于直徑的圓柱體狀工件---高度縮短,直徑變粗,最后造成腰鼓狀變形。直徑不不大于厚度的圓盤件---厚度增大,直徑縮小。壁厚不大于高度的帶圓孔的圓(方)孔柱體---內(nèi)孔收縮,外徑增大,高度縮短(壁厚顯腰鼓狀)。壁厚不大于高度的帶圓孔的圓(方)孔扁體---內(nèi)孔收縮,外徑增大(壁厚顯腰鼓狀)。正方體---趨向球形。Ms下列時,變形重要由瞬時組織應(yīng)力所引發(fā)工件變形的趨勢是沿最大尺寸方向伸長,沿最小尺寸方向收縮,表面內(nèi)凹,棱角變尖。對于長度不不大于直徑的圓柱體工件,具體體現(xiàn)為心部被拉長,直徑變細,長度增加。壁厚不大于高度的帶圓孔的圓(方)孔柱體---內(nèi)孔脹大,外徑收縮,高度增加(壁厚反腰鼓狀)。壁厚不大于高度的帶圓孔的圓(方)孔扁體---內(nèi)孔增大,外徑收縮(壁厚顯反腰鼓狀)。正方體---平面內(nèi)凹,棱角突出。實際生產(chǎn)中,淬火冷卻時現(xiàn)有瞬時熱應(yīng)力,也有瞬時組織應(yīng)力,由于它們引發(fā)的變形相反，工件最后的變形,是兩種應(yīng)力引發(fā)的變形疊加。體積效應(yīng)作用變形及尺寸變化軸類---d+,L+或d-,L-;扁平體---d+,L+或d-,L-;圓(方)孔柱體---d+,D+,L+或d-,D-,L-;圓(方)孔扁體---d+,D+或d-,D-;正方體---d+,L+或d-,L-;4>影響熱解決變形的因素工件在熱解決過程中體積和形狀的變化,是由于鋼中組織轉(zhuǎn)變時的比體積變化所引發(fā)的體積膨脹,以及熱解決應(yīng)力引發(fā)的塑性變形所造成。因此,熱解決應(yīng)力愈大,相變愈不均勻,則變形愈大,反之則小。為減小變形,必須力求減小淬火應(yīng)力和提高鋼的屈服強度?；瘜W(xué)成分對熱解決變形的影響鋼的化學(xué)成分通過影響鋼的屈服強度、Ms點、淬透性、組織的比體積和殘存奧氏體量等影響工件的熱解決變形。鋼的碳含量直接影響熱解決后所獲得的多個組織的比體積(室溫下不同組織的比體積與碳含量間的關(guān)系---圖略,碳鋼的碳含量與Ms點和殘存奧氏體之間的關(guān)系---圖略)隨著鋼的碳含量的增加,馬氏體的體積增大,屈服強度升高。淬透性和馬氏體比體積的增大,增大了淬火組織應(yīng)力和熱解決變形;而殘存奧氏體量的增多和屈服強度的升高,減小了比體積變化,造成組織應(yīng)力下降和熱解決變形的減小。碳含量對工件熱解決變形的影響是上述矛盾因素綜合作用的成果。碳含量對淬火時體積變化量的影響(試樣尺寸:￠25*100)鋼號淬火溫度淬火介質(zhì)高度變化％直徑中間處兩端處0894014C水-0.06+0.07-0.145582014C水+0.38-0.02+0.21T1078014C水-0.05+0.18+0.1208鋼試樣的淬火變形趨勢是長度縮短,試樣中部直徑增大,端部直徑縮小,呈腰鼓狀,這是由于即使低碳鋼Ms點高,發(fā)生馬氏體相變時,鋼的屈服強度低,塑性好,易變形,但是由于馬氏體比體積小,組織應(yīng)力不大,不會引發(fā)大的塑性變形,相反熱應(yīng)力引發(fā)的變形量相對較大,最后體現(xiàn)為熱應(yīng)力型變形。55鋼試樣,組織應(yīng)力成為引發(fā)變形的主導(dǎo)因素,成果試樣的變形為中部直徑縮小,端部直徑增大,長度增大。當(dāng)碳的質(zhì)量分數(shù)進一步增加到0.8％以上時,由于Ms點的減少,殘存奧氏體量的增加,其變形又呈長度縮短,直徑增大的熱應(yīng)力型變形。并且由于高碳鋼屈服強度的升高,其變形量要不大于中碳鋼。對碳素鋼來說,在大多數(shù)狀況下,以T7A鋼的變形量為最小。當(dāng)碳的質(zhì)量分數(shù)不不大于0.7％時,多趨向于縮小;但碳的質(zhì)量分數(shù)不大于0.7％時,內(nèi)徑、外徑都趨向于膨脹。普通來說,在完全淬透的狀況下,由于碳素鋼的Ms點高于合金鋼的Ms點,其馬氏體相變在較高溫度下開始。由于鋼在較高溫度下含有較好的塑性,加之碳素鋼本身屈服強度相對較低,因而帶有內(nèi)孔(或型腔)類的碳素鋼件,變形較大,內(nèi)孔(或型腔)趨于脹大。合金鋼由于強度較高,Ms點較低,殘存奧氏體量較多,故淬火變形較小,并重要體現(xiàn)為熱應(yīng)力型的變形,其鋼件內(nèi)孔(或型腔)趨于縮小。因此,在與中碳鋼同樣條件下淬火時,高碳鋼和高合金鋼工件往往以內(nèi)孔收縮為主。合金元素對工件熱解決變形的影響重要反映在對鋼的Ms點和淬透性的影響上。大多數(shù)合金元素,例如,錳、鉻、硅、鎳、鉬、硼等，使鋼的Ms點下降,殘存奧氏體量增多,減小了鋼淬火時的比體積變化和組織應(yīng)力,因此,減小了工件的淬火變形。合金元素明顯提高鋼的淬透性,從而增大了鋼的體積變形和組織應(yīng)力,造成工件熱解決變形傾向的增大。另外,由于合金元素提高鋼的淬透性,使臨界淬火冷卻速度減少,實際生產(chǎn)中,能夠采用緩和的淬火介質(zhì)淬火,從而減少了熱應(yīng)力,減小了工件的熱解決變形。硅對Ms點的影響不大,只對試樣變形起縮小作用;鎢和釩對淬透性和Ms點影響也不大,對工件熱解決變形影響較小。故工業(yè)上所謂微變形鋼,均含有較多量的硅、鎢、釩等合金元素。原始組織和應(yīng)力狀態(tài)對熱解決變形的影響工件淬火前的原始組織,例如,碳化物的形態(tài)、大小、數(shù)量及分布,合金元素的偏析,鍛造和軋制形成的纖維方向都對工件的熱解決變形有一定影響。球狀珠光體比片狀珠光體比體積大,強度高,因此通過預(yù)先球化解決的工件淬火變形相對要小。對于某些高碳合金工具鋼,例如,9Mn2V、CrWMn和GCr15鋼的球化等級對其熱解決變形開裂和淬火后變形的校正有很大影響,普通以2.5-5級球化組織為宜。調(diào)質(zhì)解決不僅使工件變形量的絕對值減小,并使工件的淬火變形更有規(guī)律,從而有助于對變形的控制。條狀碳化物分布對工件的熱解決變形有很大影響。淬火后平行于碳化物條帶方向工件膨脹,與碳化物條帶相垂直的方向則收縮,碳化物顆檢愈粗大,條帶方向的膨脹愈大。對于Cr12類型鋼和高速鋼等萊氏體鋼來說,碳化物的形態(tài)和分布對淬火變形的影響尤為明顯。由于碳化物的熱膨脹系數(shù)小,約為基體的70％,因而在加熱時,沿條帶狀分布的碳化物方向上,膨脹較小的碳化物克制了基體的伸長,而冷卻時,收縮較小的碳化物又會妨礙基體的收縮。由于奧氏體化加熱溫度較緩慢,碳化物對基本膨脹的克制作用較弱,故條帶狀分布的碳化物對工件淬火加熱變形的方向性影響較小;但在淬火冷卻時,由于冷卻速度快,碳化物對基體收縮的克制作用增大,因此淬火后沿碳化物條帶方向呈現(xiàn)較大的伸長。通過軋制和鍛造的材料,沿不同的纖維方向體現(xiàn)出不同的熱解決變形行為。纖維方向不明顯的正火態(tài)試樣沿縱、橫方向的尺寸變化差別較小;而退火態(tài)試樣,有明顯帶狀組織存在時,沿纖維方向和垂直于纖維方向的尺寸變化則明顯不同。鍛造比較大,纖維方向明顯時,沿纖維方向的縱向試樣尺寸變化率不不大于垂直于纖維方向的橫向試樣的尺寸變化率。過共析鋼存在網(wǎng)狀碳化物時,在網(wǎng)狀碳化物附近,碳和合金元素大量富集,在離網(wǎng)狀碳化物較遠的部位,碳和合金元素較低,成果增大了淬火組織應(yīng)力,使淬火變形增大甚至開裂。因此,過共析鋼的網(wǎng)狀碳化物必須通過恰當(dāng)?shù)念A(yù)先熱解決予以消除。另外,鋼錠的宏觀偏析常造成鋼料橫截面上的方形偏析,這種偏析往往造成圓盤狀零件的不均勻淬火變形?？傊?工件的原始組織愈均勻,熱解決變形愈小,變形愈有規(guī)律,愈易于控制。淬火前工件本身的應(yīng)力狀態(tài)對變形有重要影響。特別是形狀復(fù)雜,通過大進給量切削加工的工件,其殘存應(yīng)力若未經(jīng)消除,對淬火變形有很大影響。工件幾何形狀對熱解決變形的影響幾何形狀復(fù)雜,截面形狀不對稱的工件,例如帶有鍵槽的軸,鍵槽拉刀、塔形工件等,淬火冷卻時,一種面散熱快,另一面散熱慢,是一種不均勻的冷卻。如果在Ms以上的不均勻冷卻引發(fā)的變形占優(yōu)勢,則冷卻快的一面是凹面,若在Ms下列的不均勻冷卻引發(fā)的變形占優(yōu)勢,則冷卻快的一面是凸面,增加等溫時間,增加貝氏體轉(zhuǎn)變量,使殘存奧氏體更加穩(wěn)定,減小空冷中的馬氏體轉(zhuǎn)變量,可使工件的變形量明顯減小。工藝參數(shù)對熱解決變形的影響無論是常規(guī)熱解決還是特殊熱解決,都可能產(chǎn)生熱解決變形,分析熱解決工藝參數(shù)對熱解決變形的影響時,最重要的是分析加熱過程和冷卻過程的影響。加熱過程的重要參數(shù)是加熱的均勻性、加熱溫度和加熱速度。冷卻過程的重要參數(shù)是冷卻的均勻性和冷卻速度。不均勻冷卻對淬火變形的影響與工件截面形狀不對稱造成的不均勻冷卻狀況相似,本節(jié)重要討論其它工藝參數(shù)的影響。不均勻加熱引發(fā)的變形---加熱速度過快、加熱環(huán)境的溫度不均勻和加熱操作不當(dāng)均能引發(fā)工件的不均勻加熱。加熱的不均勻?qū)氶L工件或薄片件的變形影響十分明顯。這里說的不均勻加熱并不是指工件表面和心部在加熱過程中不可避免的溫度差,而是特指由于種種因素工件各部分存在的溫度梯度的狀況。為了減小不均勻加熱引發(fā)的變形,對于形狀復(fù)雜或?qū)嵝暂^差的高合金鋼工件,應(yīng)當(dāng)緩慢加熱或采用預(yù)熱。但是應(yīng)當(dāng)指出,即使快速加熱能造成長軸類工件和薄片狀板件變形度的增加;然而,對于體積變形為主的工件,快速加熱往往又能起到減小變形的作用。這是由于當(dāng)只有工件的工作部位需要滬淬火強化時,快速加熱可使工件心部保持在溫度較低強度較高的狀態(tài)下,工作部分即能達成淬火溫度。這樣強度較高的心部就能制止工件淬火冷卻后產(chǎn)生較大變形。另外,快速加熱能夠采用較高的加熱溫度和較短的加熱保溫時間,從而能夠減輕由于在高溫階段長時間停留因工件自重產(chǎn)生的變形?？焖偌訜醿H使工件表層和局部區(qū)域達成相變溫度,對應(yīng)地減小了淬火后的體積變化效應(yīng),這也有助于減小淬火變形。加熱溫度對變形的影響---淬火加熱溫度通過變化淬火冷卻時的溫差,變化淬透性、Ms點和殘存奧氏體的數(shù)量而對淬火變形發(fā)生影響。提高淬火加熱溫度,增加了殘存奧氏體量,使Ms點減少,組織應(yīng)力引發(fā)的變形減小,使套類工件的孔腔趨于縮小;但另首先,淬火加熱溫度的提高了淬透性,增大了淬火冷卻時的溫差,提高了熱應(yīng)力,有使內(nèi)孔脹大的傾向。實踐證明,對于低碳鋼制工件,若正常加熱溫度淬火后內(nèi)孔收縮,提高淬火加熱溫度收縮的更大,為了減小收縮,要減少淬火加熱溫度;對于中碳合金鋼制的工件,若正常加熱溫度淬火后內(nèi)孔脹大,則提高淬火加熱溫度脹的更大,為了減小孔腔的脹大,也需減少淬火加熱溫度。對于Cr12型高合金模具鋼,提高淬火加熱溫度,使殘存奧氏體量增多,孔腔趨于縮小。淬火冷卻速度對變形的影響---普通來說,淬火冷卻愈激烈,工件內(nèi)外和不同部位(截面尺寸不同的部位)溫差愈大,產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力愈大,造成熱解決變形增大。(150長*100寬*50高)的熱模具鋼制試樣經(jīng)不同冷卻速度淬火回火的變形狀況。三種介質(zhì)的冷卻速度以油冷最快,熱浴冷卻次之,空冷最慢。工件經(jīng)三種不同冷速淬火后,其長度和寬度的變形皆傾向于收縮,變形量差別不大;但在厚度方向上冷速慢的空冷淬火和熱浴淬火引發(fā)的變形則小得多,其變形脹大不大于0.05％,而油淬發(fā)生收縮變形,其最大變形量達0.28％左右。然而,當(dāng)冷卻速度的變化使工件的相變發(fā)生變化時,冷卻速度的增大卻并不一定會引發(fā)變形的增大,有時反而會使變形減小。例如,當(dāng)?shù)吞己辖痄摯慊鸷笥捎谛牟亢写罅胯F素體而發(fā)生收縮時,增大淬火冷卻速度心部得到更多的貝氏體能夠有效的減小收縮變形。相反,若工件淬火后因心部獲得馬氏體而脹大時,減小冷卻速度從而減小心部的馬氏體相對量又能使脹大減小。淬火冷卻速度對淬火變形的影響是一種復(fù)雜的問題,但原則是在確保規(guī)定的組織和性能的前題下,應(yīng)盡量減小淬火冷卻速度。時效與冷解決對熱解決變形的影響---對于精密零件和測量工具,為了在長久使用過程中,保持精度和尺寸穩(wěn)定,往往需要進行冷解決和回火,方便使其組織更加穩(wěn)定,因此,理解回火工藝和冷解決對工件在時效過程中的變形規(guī)律,對于提高這類工件的熱解決質(zhì)量有重要意義。冷解決使殘存奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體造成體積膨脹;低溫回火和時效首先促使∈-碳化物析出和馬氏體分解使體積收縮,另首先引發(fā)一定程度的應(yīng)力松馳造成工件產(chǎn)生形狀畸變。鋼的化學(xué)成分,回火溫度和時效溫度是影響時效過程中工作變形的重要因素?；瘜W(xué)熱解決工件的變形---化學(xué)熱解決工件的表面和心部成分和組織不同,含有不同的比體積和不同的奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線,因此,其熱解決變形的特點和規(guī)律不同于普通工件?；瘜W(xué)熱解決工件的變形校正工作更難以進行?；瘜W(xué)熱解決能夠分為兩類:一類在高溫奧氏體狀態(tài)下進行滲碳,熱解決過程中有相變發(fā)生,工件變形較大。另一類在低溫鐵素體狀態(tài)下進行滲氮,熱解決過程中除因滲入元素進入滲層形成新相外,不發(fā)生相變,工件變形較小。滲碳工件的變形---滲碳工件普通用低碳鋼和低碳合金鋼制造,其原始組織為鐵素體和少量珠光體,根據(jù)工件的服役規(guī)定,工件通過滲碳后需要進行直接淬火、緩冷重新加熱淬火或二次淬火。滲碳工件在滲碳后緩冷和滲碳淬火過程中由于組織應(yīng)力和熱應(yīng)力的作用而發(fā)生變形,其變形的大小和變形規(guī)律取決于滲碳鋼的化學(xué)成分、滲碳層深度、工件的幾何形狀和尺寸以及滲碳和滲碳后的熱解決工藝參數(shù)等因素。工件按其長度、寬度、高度(厚度)的相對尺寸能夠分為細長件、平面件和立方體件。細長件的長度遠不不大于其橫截面尺寸,平面件的長度和寬度遠不不大于其高度(厚度),立方體三個方向的尺寸相差不大。最大熱解決內(nèi)應(yīng)力普通總是產(chǎn)生在最大尺寸方向上。若將該方向稱為主導(dǎo)應(yīng)力方向,則低碳鋼和低碳合金鋼制造的工件,滲碳后緩冷或空冷心部形成鐵素體和珠光體時,普通沿主導(dǎo)應(yīng)力方向體現(xiàn)為收縮變形,收縮變形率約為0.08-0.14％。鋼的合金元素含量增加、工件的截面尺寸減小時,變形率也隨之減小,甚至出現(xiàn)脹大變形。截面厚度差別較大形狀不對稱的細長桿件,滲碳空冷后易產(chǎn)生彎曲變形。彎曲變形的方向取決于材料。低碳鋼滲碳工件冷卻快的薄截面一側(cè)多為凹面;而12CrN3A、18CrMnTi等合金元素較高的低碳合金鋼滲碳工件,冷卻快的薄截面一側(cè)往往為凸面。低碳鋼和低碳合金鋼制造的工件通過920-940C溫度下滲碳后,滲碳層碳的質(zhì)量分數(shù)增加至0.6-1.0％,滲碳層的高碳奧在體在空冷或緩冷時要過冷至Ar1下列(600C左右)才開始向珠光體轉(zhuǎn)變,而心部的低碳奧氏體在900C左右即開始析出鐵素體,剩余的奧氏體過冷至Ar1溫度下列也發(fā)生共析分解轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。從滲碳溫度過冷至Ar1溫度,共析成分的滲碳層未發(fā)生相變,高碳奧氏體只隨著溫度的減少而發(fā)生熱收縮,與此同時,心部低碳奧氏體卻因鐵素體的析出比體積增大而發(fā)生膨脹,成果心部受壓縮應(yīng)力,滲碳層則受拉伸應(yīng)力。由于心部發(fā)生γ->α轉(zhuǎn)變時,相變應(yīng)力的作用使其屈服強度減少,造成心部發(fā)生壓縮變形。低碳合金鋼強度較高,相似條件下心部的壓縮塑性變形量較小。形狀不對稱的滲碳工件空冷時,冷卻快的一側(cè)奧氏體線長度收縮量不不大于冷卻慢的一側(cè),因而產(chǎn)生彎曲應(yīng)力,當(dāng)彎曲應(yīng)力不不大于冷即慢的一側(cè)的屈服強度時,則工件向冷卻快的一側(cè)彎曲。對于合金元素含量較高的低碳合金鋼,滲碳后表層含有高碳合金鋼的成分,空冷時冷卻快的一側(cè)發(fā)生相變,形成硬度較高、組織比體積較大的新相,而另一側(cè)因冷即較慢形成的新相硬度較低,故出現(xiàn)相反的彎曲變形。滲碳工件的淬火變形規(guī)律能夠用相似的辦法分折。滲碳件的淬火溫度普通為800-820C,淬火時滲碳層的高碳奧氏體從滲火溫度冷卻至Ms點溫度區(qū)間內(nèi)將發(fā)生明顯的熱收縮;而同時心部低碳奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體和珠光體、低碳貝氏體或低碳馬氏體。不管轉(zhuǎn)變?yōu)槭裁捶N組織,心部都因組織比體積的增大而發(fā)生體積膨脹,成果在滲碳層與心部產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力。普通來說,未淬透的狀況下,由于心部的相變產(chǎn)物為屈服強度較低的鐵素體和珠光體,因而心部在滲碳層熱收縮壓應(yīng)力作用下,沿主導(dǎo)應(yīng)力方向產(chǎn)生收縮變形;當(dāng)心部的相變產(chǎn)物為強度較高的低碳貝氏體和低碳馬氏體對,表層高碳奧氏體則在心部脹應(yīng)力作用下產(chǎn)生塑性變形,成果主導(dǎo)應(yīng)力方向而脹大。隨著滲碳鋼碳含量和合金元素含量的增加,滲碳件淬火后心部硬度升高,主導(dǎo)應(yīng)力方向脹大傾向增大。當(dāng)心部硬度為28-32HRC時,滲碳工件的淬火變形很小。隨著心部硬度的升高,脹大變形傾向增大。很明顯,提高滲碳件的淬透性等凡造成滲碳工件心部硬度升高的因素,都會增大滲碳工件沿主導(dǎo)應(yīng)力方向的脹大傾向。滲氮工件的變形---滲氮能夠有效地提高工件表面的硬度和抗疲勞性,并能在一定程度上改善其耐蝕性。滲氮溫度較低,約為510-560C,鋼鐵材料在滲氮過程中,基本金屬不發(fā)生相變,因此,滲氮工件變形較小。滲氮普通是熱解決的最后一道工序,工件在滲氮之后,除了高精度的工件還要進行研磨加工外,普通不再進行其它機械加工,因此,滲氮被廣泛用來解決規(guī)定硬度高而變形小的精密零件。盡管如此,滲氮工件仍會產(chǎn)生變形。由于氮原子的滲入,使?jié)B氮層的比體積增大,因此,滲氮工件最常見的變形是工件表面產(chǎn)生膨脹,由于表面滲氮層的脹大受到心部的妨礙,表層受到壓應(yīng)力,心部受拉應(yīng)力作用。內(nèi)應(yīng)力的大小受零件截面大小、滲氮鋼的屈服強度、滲氮層氮濃度及滲氮層深度等因素的影響。當(dāng)工件截面尺寸較小,截面形狀不對稱、爐溫和滲氮不均勻時,滲氮工件也會產(chǎn)生尺寸變化或彎曲與翹曲變形等形狀畸變。軸類零件通過滲氮后其變形規(guī)律是外徑脹大,長度伸長。徑向脹大量普通隨工件直徑的增大而增艾,但最大脹大量不超出0.055mm。長度伸長量普通不不大于徑向脹大量,其絕對值隨軸的長度增大而增大,但不隨軸的長度變化而成比例的變化。滲氮的套類工件的變形取決于壁厚,壁厚薄時,內(nèi)外徑都趨向于脹大,隨著壁厚的增大,脹大量減小,壁厚足夠大時,內(nèi)徑有縮小的趨勢。普通狀況下,當(dāng)工件的有效截面尺寸不不大于50mm時,滲氮解決的重要變形方式是表面膨脹。但隨著工件橫截面積的減小,當(dāng)滲氮層的截面積與心部截面積之比不不大于0.05不大于0.7時,除了表面膨脹外,還必須考慮內(nèi)應(yīng)力引發(fā)的變形,沿工件主導(dǎo)應(yīng)力方向的變形量能夠用經(jīng)驗公式近似予以估算:ΔL=η(Ν/Κ)％ΔL----主導(dǎo)應(yīng)力方向長度的增加;η----系數(shù),取決于材料和滲氮工件橫截面的形狀;Ν------滲氮層的橫截面積;Κ----心部的橫截面積。慣用滲氮鋼的η值工件橫截面形狀38CrMoALA40CrNiMo圓形0.30.15方形0.40.2五>熱解決變形的校正熱解決變形的校正---工件的熱解決變形能夠在一定程度上加以控制和減小,但是不能夠完全避免。機械校正法---采用機械或局部加熱的辦法使變形工件產(chǎn)生局部微量塑性變形,同時隨著著殘存內(nèi)應(yīng)力的釋放和重新分布達成校正變形的目的。慣用的機械校正法有冷壓校正、淬火冷卻至室溫前的熱壓校正、加壓回火校正、使用氧-乙炔火焰或高頻對變形工件進行局部加熱的”熱點”校正、錘擊校正等。機械校正的零件在使用、放置過程中或進行精加工時,由于殘存應(yīng)力的衰減和釋放可能部分地恢復(fù)原來的變形和產(chǎn)生新的變形。因此,對于承受高負荷的工件和精密零件,最佳不要進行機械校正。必須進行機械校正時,校正達成的塑性應(yīng)變應(yīng)當(dāng)超出熱解決變形的塑性應(yīng)變,但校正塑性變形量必須控制在很小的范疇內(nèi),普通應(yīng)不不大于彈性極限應(yīng)變的10倍,不大于條件強度極限的十分之一。校正要盡量在淬