熱處理工藝、操作與變形關(guān)系

預(yù)處理

淬火前通過對(duì)工件進(jìn)行消除應(yīng)力、改善組織的預(yù)備熱處理，對(duì)減少淬火變形是非常有利的。預(yù)處理一般包括球化退火、消除應(yīng)力退火，有些還采用調(diào)質(zhì)或正火處理。

①消除應(yīng)力退火：在機(jī)械加工過程中，工件表層在加工方法、背吃刀量、切削速度等的影響下，會(huì)產(chǎn)生一定的殘余應(yīng)力，由于其分布的不均衡，導(dǎo)致了工件在淬火時(shí)產(chǎn)生了變形。為了消除這些應(yīng)力的影響，淬火前將工件進(jìn)行一次消除應(yīng)力的退火是必要的。消除應(yīng)力退火的溫度一般為500~700℃，在空氣介質(zhì)中加熱時(shí)，為防止工件產(chǎn)生氧化脫碳可采用500~550℃進(jìn)行退火，保溫時(shí)間一般為2~3h。工件裝爐時(shí)要注意可能因自重引起的變形，其他操作同一般退火操作。

②以改善組織為目的的預(yù)熱處理：這種預(yù)處理包括球化退火、調(diào)質(zhì)及正火等。

球化退火：球化退火是碳素工具鋼及合金工具鋼在熱處理過程中必不可少的工序，球化退火后所獲得的組織對(duì)淬火變形趨勢(shì)影響很大。所以可以通過調(diào)整退火后的組織來減少某些工件有規(guī)律的淬火變形。

其他預(yù)處理：為減少淬火變形所采用的預(yù)處理方法有很多種，如調(diào)質(zhì)處理、正火處理等。針對(duì)工件產(chǎn)生淬火變形的原因及工件所用材料，合理地選用正火、調(diào)質(zhì)等預(yù)處理對(duì)減少淬火變形是有效的。但應(yīng)對(duì)正火后引起的殘余應(yīng)力及硬度提高對(duì)機(jī)加工的不利影響應(yīng)給予注意，同時(shí)調(diào)質(zhì)處理對(duì)含W、Mn等鋼可減少淬火時(shí)脹大，而對(duì)GCr15等鋼種的減少變形作用不大。

在實(shí)際生產(chǎn)中要注意分清淬火變形產(chǎn)生的原因，即要分清淬火變形是由殘余應(yīng)力引起的還是由組織不佳引起的，只有這樣才能對(duì)癥處理。若是由殘余應(yīng)力引起的淬火變形則應(yīng)進(jìn)行消除應(yīng)力退火而不用類似調(diào)質(zhì)等改變組織的預(yù)處理，反之亦然。只有這樣，才能達(dá)到減少淬火變形的目的，才能降低成本，保證質(zhì)量。

以上各種預(yù)處理的具體操作同其他相應(yīng)操作，此處不贅述。

淬火加熱操作

①淬火溫度：淬火溫度對(duì)工件的淬火變形影響很大。我們可通過調(diào)整淬火溫度來達(dá)到減少變形的目的，或?qū)㈩A(yù)留機(jī)械加工余量同淬火溫度來達(dá)到減少變形的目的，或?qū)㈩A(yù)留機(jī)械加工余量同淬火溫度經(jīng)熱處理試驗(yàn)后合理地選擇、使用，從而達(dá)到減少后序加工余量。淬火溫度對(duì)淬火變形的影響除與工件所用材料有關(guān)外，還與工件的尺寸、形狀等有關(guān)。當(dāng)工件形狀和尺寸差異很大時(shí)，雖然工件使用材料一樣，但淬火變形趨勢(shì)卻大不相同，作者在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)注意這種情況。

②淬火保溫時(shí)間：保溫時(shí)間的選擇除了要保證工件透燒、淬火后達(dá)到要求的硬度或其他力學(xué)性能外，還要考慮它對(duì)淬火變形的影響。延升淬火保溫時(shí)間，實(shí)際上就相應(yīng)地提高了淬火溫度。特別是對(duì)高碳高鉻鋼，這一影響尤顯突出。

③裝爐方法：工件在加熱時(shí)擺放形式不合理，則會(huì)產(chǎn)生因工件自重而引起的變形或因工件之間相互擠壓產(chǎn)生變形或因工件堆放過密造成加熱及冷卻不均而產(chǎn)生變形。

如某彈簧件，淬火時(shí)曾用垂直吊掛的方式在860±10℃的保護(hù)氣氛加熱爐中加熱保溫30min，保溫后從爐中取出并將工件垂直淬入冷卻油中，淬火后彈簧總長縮短了27mm，并且上下螺距因淬入淬火介質(zhì)的時(shí)間差異而變形量也不一樣。后改用彈簧套在心軸上，并水平吊掛裝爐，其他操作過程同前，淬火后，其變形情況大為改觀，螺距均勻，總長度收縮較小。

特別是細(xì)長的工件除不能以密堆橫放的方式裝爐外，在鹽浴爐加熱時(shí)，還應(yīng)考慮到因加熱介質(zhì)翻滾使工件產(chǎn)生變形的可能。細(xì)長且重量較小的桿類工件裝爐時(shí)，一般是將鹽浴爐先升至稍高于淬火溫度，斷電后再將工件裝入鹽浴爐中，裝爐時(shí)要穩(wěn)，并且采用不通電的方式加熱工件，從而達(dá)到減少工件的淬火變形的目的。

④加熱方式：工件的形狀復(fù)雜、厚薄懸殊較大時(shí)，特別是當(dāng)其材料的含碳及合金元素較高時(shí)，其加熱過程一定要緩慢均勻，應(yīng)充分利用預(yù)熱過程，一次預(yù)熱不行的，采用二次、三次預(yù)熱。對(duì)用預(yù)熱方式仍不能解決變形的較大工件，還可采用裝箱保護(hù)在箱式電阻爐中加熱，加熱時(shí)除限速升溫外，還可增加等溫過程，以便減少由于加熱速度過快而產(chǎn)生的淬火變形。

冷卻操作

淬火變形主要是來自冷卻過程。合理的淬火介質(zhì)、熟練的操作技能，冷卻過程中的每一個(gè)環(huán)節(jié)都直接地影響著工件的淬火變形。

1、合理選擇淬火介質(zhì)：在保證工件經(jīng)淬火后硬度達(dá)到設(shè)計(jì)要求的情況下，工件淬火時(shí)應(yīng)盡可能地選用較緩和的淬火介質(zhì)。如利用加熱浴介質(zhì)冷卻（利用熱浴介質(zhì)冷卻時(shí)可趁熱對(duì)工件進(jìn)行矯直）。盡可能用空冷淬火，以及用介于水、油冷速之間的淬火介質(zhì)代替水油雙介質(zhì)淬火等。

空冷淬火：空冷淬火對(duì)減少高速鋼、鉻型模具鋼及空冷微變形鋼的淬火變形是有效的。對(duì)?火后硬度要求不高的3Cr2W8V鋼，通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)整淬火溫度也可用空淬火來達(dá)到減少變形的目的。

油冷淬火：油是一種比水的冷卻速度小得多的淬火介質(zhì)，但對(duì)那些具有較高淬透性且尺寸小、形狀復(fù)雜的變形傾向大的工件來說，無疑人們?nèi)詴?huì)認(rèn)為油的冷卻速度偏高，而對(duì)尺不大但淬透性較差的工件，油的冷卻速度卻又顯不足了。為了解決上述矛盾，充分利用油淬減少工件的淬火變形，人們采取了調(diào)節(jié)油溫及提高淬火溫度的方未能來擴(kuò)大對(duì)油的利用。

改變淬火用油的溫度：利用淬火用同的油溫來減少淬火變形尚存在以下問題，即油溫偏低時(shí)，淬火變形仍很大，而油溫偏高時(shí)又難以保證工件淬火后的硬度。某些工件在形狀和材料的綜合作用下，提高淬火用油的溫度還可能會(huì)增加其變形。所以，根據(jù)工件材料、截面尺寸及形狀等實(shí)際情況通過試驗(yàn)后再確定淬火用油的油溫，這是非常必要的。

利用熱油淬火時(shí)，為避免因淬火冷卻引起油溫過高而發(fā)生火災(zāi)，應(yīng)在油槽附近配備必要的消防器材。此外還應(yīng)定期檢測(cè)淬火用油的質(zhì)量指標(biāo)，并及時(shí)補(bǔ)充或更換新油。

提高淬火溫度：此法適用于在正常淬火溫度下加熱保溫后經(jīng)油淬后達(dá)不到硬度要求的較小截面的碳素鋼制工件及尺寸稍大的合金鋼工件。通過適當(dāng)?shù)靥岣叽慊饻囟群笥痛悖瑒t達(dá)到即能淬硬又能減少變形的效果。利用這種方法淬火時(shí)要注意防止因提高淬火溫度而可能引起晶粒粗化、降低工件的力學(xué)性能和使用壽命等問題。

分級(jí)、等溫淬火：在淬硬度能滿足設(shè)計(jì)要求的情況下，應(yīng)充分利用熱浴介質(zhì)的分級(jí)、等溫淬火，來達(dá)到減少淬火變形的目的。這一方法對(duì)淬透性較低的、小截面碳素結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼同樣有效，特別是淬透性較高的含鉻模具鋼、高速鋼制工件，熱浴介質(zhì)分級(jí)、等溫淬火冷卻方法是這類鋼的基本淬火方法。同樣，對(duì)那些淬火硬度要求不高的碳素鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼也是行之有效的。

在利用熱浴淬火時(shí)，應(yīng)注意以下問題：

、用油浴分級(jí)、等溫淬火時(shí)，應(yīng)對(duì)油溫進(jìn)行嚴(yán)格控制，防止火災(zāi)的發(fā)生。

第二、用硝鹽分級(jí)淬火時(shí)，硝鹽槽應(yīng)配備必要的儀表及水冷裝置，其他注意事項(xiàng)詳見相關(guān)資料，此處不再贅述。

第三、等溫淬火時(shí)要嚴(yán)格控制等溫溫度，溫度偏高或偏低都不利于減少淬火變形。另外等溫淬火時(shí)工件的吊掛方式要選擇合量，防止因工件自重而引起的變形。

第四、利用等溫或分級(jí)淬火趁熱矯正工件形狀時(shí)，工裝夾具應(yīng)配備齊全，操作時(shí)動(dòng)作要迅速。防止對(duì)工件淬火質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。

2、冷卻操作：冷卻過程中操作的熟練程度對(duì)淬火變形的影響很大，特別是利用水、油等淬火介質(zhì)時(shí)，操作熟練與否更為重要了。

正確的淬入介質(zhì)方向：一般來說，截面對(duì)稱和細(xì)長桿類工件，垂直淬入淬火介質(zhì)，截面不對(duì)稱的工件可采用斜向淬入淬火介質(zhì)。實(shí)際上正確的淬入淬火介質(zhì)方向就是使工件各部分能均勻冷卻的方向。將冷卻慢的部分先淬入淬火介質(zhì)，冷卻快的部分后淬入淬火介質(zhì)。在實(shí)際生產(chǎn)中要特別注意工件的形狀對(duì)冷卻速度的影響，工件表面積大的部分，并不意味著其冷卻速度就大，特別是在該部分形狀比較復(fù)雜時(shí)，由于冷卻不均勻，很可能會(huì)導(dǎo)致冷卻速度比表面積小的部分的冷卻速度慢。所以如何選擇進(jìn)入淬火介質(zhì)方向，應(yīng)根據(jù)工件的形狀具體掌握。

工件在淬火介質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)：冷卻速度慢的部人應(yīng)迎水運(yùn)動(dòng)。形狀相對(duì)稱的工件在水中運(yùn)動(dòng)路線要對(duì)稱均勻，運(yùn)動(dòng)幅度要小且速度要快。對(duì)于細(xì)長薄片類工件淬入淬火介質(zhì)時(shí)要穩(wěn)，工件不應(yīng)在淬火介質(zhì)中擺動(dòng)，這類工件Z好不用鐵絲捆綁淬火而用鉗子夾持淬火。

工件淬入淬火介質(zhì)的速度：工件淬入淬火介質(zhì)時(shí)的速度要快。特別是細(xì)長、筒類工件，如淬入淬火介質(zhì)的速度慢，則會(huì)導(dǎo)致其彎曲變形增大以及會(huì)使筒類件先淬入淬火介質(zhì)部分和后淬入淬火介質(zhì)部分的變形量差異增大。

采用加保護(hù)的冷卻：截面尺寸差別較大的工件應(yīng)將冷卻速度快的部分用石棉繩、鐵皮等物進(jìn)行捆綁保護(hù)，借以降低該部分的冷卻速度，從而使工件各部分冷卻均勻。

工件在水中的冷卻時(shí)間：對(duì)于由組織應(yīng)力為主引起變形的工件可縮短其在水中的冷卻時(shí)間；而對(duì)于由熱應(yīng)力為主引起變形的工件則可適當(dāng)延長其在水中的冷卻時(shí)間，從而達(dá)到減少工件淬火變形的目的。

（來源：熱加工論壇）