金属钢件的淬火热处理变形缺陷以及控制措施

在现代汽车，公路，铁路和航空等行业中，淬火热处理都是较为关键的制造技术，美国热处理工业一年的交易额就高达150-200亿美元，其中零件变形成本占了整个制造成本的很大部分，在欧洲，由于变形引起的成本占了4%以上，消耗在矫直工序和特殊工装的成本往往达到热处理总成本的20%-25%，仅在轴承工业，每年变形带来的附加成本估计就超过了10亿美元，美国金属金属学会向能源部提交的国际研发计划中，提出的目标之一就是”努力达到热淬了零件的零变形和最大限制额的均匀性。

多年来，国内外热处理工作者在研究钢件热处理变形成因，规律以及预防控制变形措施等方便取得了许多理论成果，积累了丰富的实践经验。但由于淬火变性影响因素非常复杂，导致变形控制十分辣手。而采用矫直方法纠正变形或是加大磨削加工余量，都会增大成本，因此研究钢件淬火变形原因，影响规律，并提出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件。

热处理变形与内应力。所谓热处理变形是指零件经过热处理后金属变形量超过了图样公差要求的一种物理现象。最容易早成功变形饿是i淬火过程，因为淬火过程中i加热温度高，组织比容变化大，冷却激烈等导致变形的因素比较多。由于冷却过程的复杂性和具有瞬间晚上的特点，机制测量仪器和研究手段的局限，使其研究和控制水平始终滞后于热处理的加热过程。

1、热处理变形与开裂，一种变形是零件加热时由于自身重量而产生的尺寸变化，称为形状畸形，比如弯曲，翘曲，扭曲等。另一种是尺寸变化，包括可以观察到的如伸长，收缩，便后和变薄等尺寸变化。尺寸变形是由于相变时体积变化引起的。尺寸变化分为一维，二维和三维变形。

淬火开裂的主要原因是冷却过快而产生很大的热应力以及相变应力。在马氏体转变过程中，开裂是由于马氏体的体积膨胀引起的。出现开裂必定存在着应力梯度，即应力集中。常见的应力梯度有两种：一种是几何缺口，包括刀痕，尖头、沟槽，空穴以及截面突变处。另一种是材料中的隘口，包括晶间影响，碳化物偏析以及杂质聚合体。

2、热处理内应力与热处理变形，一般来说，变形是由热处理内应力引起的，因此防止变形的关键就在于控制工件中的应力分布。热处理过程中形成的内应力是不断变化着的书剑应力，其大小方向和分布状态随着温度的变化和组织转变的进程而不断的改变。零件中的内应力可以通过消除应力来消除。即把零件加热到550℃左右，保持一定时间，这时材料在塑性状态下，应力使零件”复苏“而变形，从而应力也基本上得到消除，消除应力处理温度越高，材料塑性越好，消除应力效果也越好。应该注意，消除应力处理的后期阶段必须均匀的冷却带250℃一下，否则仍有可能产生新的应力。较好是随炉温缓冷。

3、热处理内应力的组成，零件由高温830℃到低温180℃。即由膨胀状态速度冷却到冷缩状态时所产生的内应力，成为热应力。热应力大于零件材料的弹性极限。因此零件变形是难以避免的。热应力是温度梯度的函数，它取决于加热温度，加热速度，零件截面厚度的差异程度，材料的散热率，比热和膨胀系数以及加热，冷却的均匀性等。

造成零件变形的热处理内应力还有组织应力。所谓组织应力，及时在淬火冷却过程中，零件从奥氏体转变为马氏体，由于奥氏体比容较马氏体小，成为组织应力。组织应力取决于马氏体转变温度，马氏体的正方性和残余奥氏体量。此外，钢的淬透性，钢的原始组织，淬火温度以及冷却速度也是硬性组织应力的重要因素。理清内应力的起因及其变化规律对于控制消除变化开裂有重要的意义。

预防和控制零件淬火变形的措施，虽然较之可以较大降低变形量，但在矫直的过程中会使高应力集中区扩展，并可能使工件表面和信不产生裂纹，且在随后的机加工过程中钢件有再次变形的去趋向。目前，工业生产中有各种各样的防止变形的方法，如用淬火工装来支持工作的某个部位以限制变形，以及压力淬火和应力释放技术等。预防和控制零件的淬火变形，应从零件结构设计坐骑，并改进操作，采用新工艺来减小热应力，此外还应加强工艺管理，下面是一些常用的预防变形措施。1）反向压弯法 2）静态淬火法 3）零件设计均匀对称 4）采用专用淬火夹具淬火5）利用埋入式盐浴6）直吊横放7）淬火前消除应力。