機(jī)械數(shù)控畢業(yè)論文--對(duì)熱處理過(guò)程中變形及開裂問(wèn)題

1、<p>　　職業(yè)學(xué)院 學(xué)號(hào)：</p><p>　　題目：對(duì)熱處理過(guò)程中變形及開裂問(wèn)題</p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　所學(xué)專業(yè)： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><

2、;p><b>　　年 月 日</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　引言···················&#

3、183;················...........................·········1</p><p>　　1. 熱處理變形及開裂的原因&

4、#183;·······················2</p><p>　　1.1熱應(yīng)力及其引起的變形······

5、3;················2</p><p>　　1.2組織應(yīng)力及其引起的變形··············

6、·······3</p><p>　　1.3溫度是變形的關(guān)鍵因素·······················4&l

7、t;/p><p>　　2. 影響開裂的因素·······························

8、83;4</p><p>　　2.1鋼的化學(xué)成分······························

9、3;4</p><p>　　2.2鋼的淬透性·······························

10、··5</p><p>　　2.3鋼的原始組織·····························&

11、#183;·5</p><p>　　2.4淬火介質(zhì)·····························

12、3;·····5</p><p>　　2.5零件的幾何尺寸·························

13、3;···6</p><p>　　2.6淬火的方法····························

14、·····6</p><p>　　3. 減少變形及開裂的措施·························

15、83;6</p><p>　　3.1合理的選用鋼材·····························6</p&g

16、t;<p>　　3.2合理的選擇加熱溫度·························6</p><p>　　3.3合理鍛造及預(yù)先熱處理·

17、······················6</p><p>　　3.4合理設(shè)計(jì)工件的結(jié)構(gòu)尺寸········&#

18、183;············7</p><p>　　3.5采用合理的熱處理工藝··················

19、;·····7</p><p>　　3.6采用正確的淬火操作方法·····················7</p><p>　　3

20、.7預(yù)備合理的加工余量·························8</p><p>　　3.8合理的安排工藝路線····

21、;·····················8</p><p>　　3.9修改技術(shù)要求··········

22、·····················8</p><p>　　3.10按變形頻率調(diào)節(jié)加工尺寸·········&

23、#183;··········8</p><p>　　4.變形的其他影響因素及減小措施···················8

24、</p><p>　　4.1合理的加熱次序和冷卻次序··················8</p><p>　　4.2預(yù)備熱處理·······

25、·························9</p><p>　　4.3運(yùn)用合理的冷卻方法·····

26、3;··················9</p><p>　　4.4零件結(jié)構(gòu)要合理············

27、3;···············9</p><p>　　4.5采用合理的裝夾方式及夾具···············

28、;···9</p><p>　　4.6 機(jī)械加工····························&

29、#183;·····9</p><p>　　4.7采用合適的介質(zhì)·························&

30、#183;··10</p><p>　　結(jié)束語(yǔ)·····························&

31、#183;·············11</p><p>　　參考文獻(xiàn)··················

32、·······················12</p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　變形是指零件在熱處理時(shí)

33、引起的形狀和尺寸的偏差。變形是熱處理較難解決的問(wèn)題，要完全不變形時(shí)不可能的，一般是把變形量控制在一定范圍內(nèi)。超過(guò)變形量時(shí)，只能用校正法校正。開裂是絕對(duì)要避免的，因?yàn)殚_裂零件無(wú)法挽救，只能報(bào)廢，這既浪費(fèi)了材料與加工費(fèi)用，又影響了生產(chǎn)，給國(guó)家造成損失。因此，分析研究金屬熱處理變形、開裂的原因，掌握其規(guī)律性，并找出減小變形、防止開裂的技術(shù)措施，具有十分重要的意義。</p><p>　　工業(yè)發(fā)展日新月異，對(duì)機(jī)械精度和性能

34、的要求也越來(lái)越高。在工業(yè)零件生產(chǎn)中，熱處理是必不可少的一部分，它對(duì)材料性能的影響非常大，金屬熱處理在改善材料各種性能的同時(shí)，熱處理變形是不可避免的，并且會(huì)直接影響到工件的精度、強(qiáng)度、噪聲和壽命，因此對(duì)于精度要求較高的零件要盡可能減小其變形量，著重分析溫度是控制變形的關(guān)鍵因素的同時(shí)羅列幾點(diǎn)次要因素。</p><p>　　對(duì)熱處理過(guò)程中變形及開裂問(wèn)題</p><p>　　什么是金屬材料的熱處理

35、？ 熱處理有什么弊端 ？（變形等）  </p><p>　　金屬材料的熱處理是將固態(tài)金屬或合金，采用適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行加熱、保溫和冷卻，有時(shí)并兼之以化學(xué)作用和機(jī)械作用，使金屬合金內(nèi)部的組織和結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而獲得改善材料性能的工藝。熱處理工藝是使各種金屬材料獲得優(yōu)良性能的重要手段。很多實(shí)際應(yīng)用中合理選用材料和各種成形工藝并不能滿足金屬工件所需要的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能，這時(shí)熱處理工

36、藝是必不可少的。</p><p>　　但是熱處理工藝除了具有積極的作用之外，在處理過(guò)程中也不可避免地會(huì)產(chǎn)生或多或少的變形，而這又是機(jī)械加工中必須避免的，兩者之間是共存而又需要避免的關(guān)系，只能采用相應(yīng)的方法盡量把變形量控制在盡量小的范圍內(nèi)。而要減小熱處理的變形，我們就需要了解影響熱處理變形的因素。</p><p>　　在熱處理過(guò)程中變形與開裂是常見(jiàn)而又比較難解決的問(wèn)題。對(duì)熱處理變形的規(guī)律的復(fù)

37、雜性我們還沒(méi)有徹底的認(rèn)識(shí)和掌握。論文分析了熱處理變形、開裂的原因，影響變形的因素以及減少熱處理變形、防止開裂的一系列技術(shù)措施。</p><p>　　關(guān)鍵詞：熱處理；變形；開裂；熱應(yīng)力；組織應(yīng)力</p><p>　　1熱處理變形、開裂的原因</p><p>　　工件的變形包括尺寸變化和形狀變化兩種。不論哪種變形，主要都是由于熱處理時(shí)，工件內(nèi)部產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力所造成的。根據(jù)

38、內(nèi)應(yīng)力的形成原因不同，可以分為熱應(yīng)力與組織應(yīng)力。工件的變形就是這兩種應(yīng)力綜合影響的結(jié)果，當(dāng)應(yīng)力大于屈服極限時(shí)就會(huì)發(fā)生永久變形，如果大于材料的強(qiáng)度工件就會(huì)開裂。下面對(duì)兩種應(yīng)力分別加以研究。</p><p>　　1.1熱應(yīng)力引起的變形</p><p>　　鋼件在加熱和冷卻過(guò)程中,將發(fā)生熱脹冷縮的體積變化以及因組織轉(zhuǎn)變時(shí)新舊相比容差而產(chǎn)生的體積改變。零件加熱到淬火溫度時(shí),屈服強(qiáng)度明顯降低,塑性則

39、大大提高。當(dāng)應(yīng)力超過(guò)屈服強(qiáng)度時(shí),就會(huì)產(chǎn)生塑性變形,如果造成應(yīng)力集中，并超過(guò)了材料的強(qiáng)度極限,就會(huì)使零件淬裂。導(dǎo)熱性很差的高碳合金鋼,如合金模具鋼Cr12MoV、高速鋼W18Cr4V之類的工具鋼，淬火加熱溫度很高，如不采用多次預(yù)熱和緩慢加熱,不但會(huì)造成零件變形,而且會(huì)導(dǎo)致零件開裂而報(bào)廢。此外,鑄鋼件和鍛件毛坯,如果表層存在著一層脫碳層,由于表層和心部導(dǎo)熱性能不同,在淬火加熱較快時(shí),也會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力而引起變形。冷卻時(shí)由于溫差大,熱應(yīng)力是造成零

40、件變形的主要原因。</p><p>　　急冷熱應(yīng)力的兩個(gè)特點(diǎn)：1）零件表面產(chǎn)生壓力，心部產(chǎn)生熱效應(yīng)。2）大型軸類零件心部的軸向參與拉應(yīng)力特別大。對(duì)工件的影響：大型軸類零件如軋輥，因冷卻后軸向參與拉應(yīng)力很大，再加上心部往往存在氣孔、夾雜、鍛造裂紋等缺陷，故容易造成橫向開裂。對(duì)于形狀簡(jiǎn)單的小軸類零件，新產(chǎn)生的表面壓應(yīng)力可以提高其抗疲勞能力。實(shí)踐證明，熱應(yīng)力引起工件變形的特點(diǎn)是和物體內(nèi)部受到高的流體靜壓力作用的結(jié)果相似

41、，它使平面變成凸面，直角變成鈍角，長(zhǎng)的方向變短，短的方向變長(zhǎng)。如圖1</p><p>　　1.2組織應(yīng)力引起的變形</p><p>　　如果金屬制品在加熱和冷卻時(shí)發(fā)生相變，由于新舊相之間存在著結(jié)構(gòu)和比容差異，制品各部分又難以同時(shí)發(fā)生相變，或者各部分的相變產(chǎn)物有所不同，也會(huì)引起應(yīng)力，這種因組織結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變不均勻而產(chǎn)生的應(yīng)力稱為組織應(yīng)力。</p><p>　　制品在加熱或冷

42、卻過(guò)程中發(fā)生的相變總是先從表層開始的，然后向心部發(fā)展，若相變時(shí)體積增大，先轉(zhuǎn)變的表層膨脹將受到心部牽制。結(jié)果表層受壓應(yīng)力，心部受拉應(yīng)力。若相變時(shí)體積減小，則表層為拉應(yīng)力而心部為壓應(yīng)力。</p><p>　　例如鋼件淬火時(shí)，表層先發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，由于馬氏體的比容大于母相奧氏體的比容，因而表層膨脹。但這種膨脹會(huì)受到心部的牽制，故表層受壓應(yīng)力，心部受拉應(yīng)力；當(dāng)心部也冷至馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)以下，心部發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變而膨脹，但又受

43、到表層的牽制，故此時(shí)心部受壓應(yīng)力，而表層受拉應(yīng)力。</p><p>　　組織應(yīng)力有兩個(gè)特點(diǎn)：1）工件表面受拉應(yīng)力，心部壓應(yīng)力。2）靠近表面層，切向拉應(yīng)力大于軸向拉應(yīng)力。</p><p>　　組織應(yīng)力引起工件變形的特點(diǎn)與熱應(yīng)力相反，使平面變凹，直角變成銳角，長(zhǎng)的方向變長(zhǎng)，短的方向變短。一句話使尖角變得突出，特別指出的是，試樣表面的切向拉應(yīng)力很大，較大的切向拉應(yīng)力往往是零件產(chǎn)生縱向裂紋的主要原

44、因。</p><p>　　淬火零件的變形時(shí)熱應(yīng)力和組織應(yīng)力綜合作用的結(jié)果。除了內(nèi)應(yīng)力外，零件的變形還要原材料成分、工件的形狀和介質(zhì)冷卻速度的影響，實(shí)際情況要復(fù)雜很多。因此在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)，要全面分析，指出起主導(dǎo)作用的是熱應(yīng)力還是組織應(yīng)力，以便判定變形的趨勢(shì)或裂紋產(chǎn)生的可能性，并采取各種措施予以控制或防止。</p><p>　　1.3溫度是變形的關(guān)鍵因素</p><p&g

45、t;　　工業(yè)生產(chǎn)中實(shí)際應(yīng)用的熱處理工藝形式非常多，如退火，正火，回火，淬火等，但是它們的基本過(guò)程都是熱作用過(guò)程，都是由加熱、保溫和冷卻三個(gè)階段組成的。整個(gè)工藝過(guò)程都可以用加熱速度、加熱溫度、保溫時(shí)間、冷卻速度以及熱處理周期等幾個(gè)參數(shù)來(lái)描述。在熱處理工藝中，要用到各種加熱爐，金屬熱處理便在這些加熱爐中進(jìn)行（如基本熱處理中的退火、淬火、回火、化學(xué)熱處理的滲碳、滲氨、滲鋁、滲鉻或去氫、去氧等等）。因此，加熱爐內(nèi)的溫度測(cè)量就成為熱處理的重要工藝

46、參數(shù)測(cè)量。每一種熱處理工藝規(guī)范中，溫度是很重要的內(nèi)容。如果溫度測(cè)量不準(zhǔn)確，熱處理工藝規(guī)范就得不到正確的執(zhí)行，以至造成產(chǎn)品質(zhì)量下降甚至報(bào)廢。溫度的測(cè)量與控制是熱處理工藝的關(guān)鍵，也是影響變形的關(guān)鍵因素。</p><p>　　（1）工藝溫度降低后工件的高溫強(qiáng)度損失相對(duì)減少，塑性抗力增強(qiáng)。這樣工件的抗應(yīng)力變形、抗淬火變形、抗高溫蠕變的綜合能力增強(qiáng)，變形就會(huì)減少；</p><p>　　（2）工藝溫度

47、降低后工件加熱、冷卻的溫度區(qū)間減少，由此而引起的各部位溫度不一致性也會(huì)降低，由此而導(dǎo)致的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力也相對(duì)減少，這樣變形就會(huì)減少；</p><p>　?。?）如果工藝溫度降低、且熱處理工藝時(shí)間縮短，則工件的高溫蠕變時(shí)間減少，變形也會(huì)減少。 </p><p>　　減小熱處理變形需要合理的熱處理工藝。各種熱處理方式相結(jié)合，搭配，盡量既滿足性能需要同時(shí)又減少變形等缺陷。例如經(jīng)熱處理后的20C

48、rNi2MoA鋼齒圈齒表面、齒心部硬度及有效硬化層深度均達(dá)到要求。圖1為模數(shù)mn=12mm的齒圈經(jīng)不同溫度球化退火后的硬度梯度曲線。由圖1可以看出，在650℃球化退火后的硬度梯度和740℃球化+680℃等溫處理的硬度梯度結(jié)果相近，未經(jīng)球化退火的齒輪的硬度較前兩個(gè)低。這是因?yàn)榍蚧嘶鹂墒勾慊鸷鬂B層表面殘留奧氏體量減少，從而提高了齒表面硬度， 因此20CrNi2MoA 鋼齒圈滲碳后應(yīng)采用球化退</p><p>　　火

49、工藝，同時(shí)為減小熱處理變形，在650℃球化退火效果更好。</p><p><b>　　2、影響開裂的因素</b></p><p>　　在實(shí)際生產(chǎn)中，影響熱處理變形的因素有很多，其中主要包括鋼的原始組織、化學(xué)成分、零件尺寸和形狀、淬火介質(zhì)的選擇、淬火工藝、鋼的淬透性等。</p><p><b>　　2.1鋼的化學(xué)成分</b>

50、</p><p>　　鋼的化學(xué)成分中以含碳量對(duì)淬火變形的影響最大。隨著鋼中含碳量的升高，馬氏體的質(zhì)量體積增大，因組織轉(zhuǎn)變而引起的體積變化及因相變應(yīng)力而引起的淬火變形便越大。但高碳鋼由于殘留奧氏體量的增加，抵消了一部分馬氏體轉(zhuǎn)變的膨脹作用，而體積變化相對(duì)減小。</p><p>　　隨著含碳量的增加，鋼中馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)的溫度也降低，這是開始馬氏體轉(zhuǎn)變，鋼已處于較低溫度，難以塑性變形，這也導(dǎo)致相變

51、應(yīng)力變形減小，熱應(yīng)力變形明顯。</p><p>　　概括起來(lái)可以得出以下結(jié)論：在低碳鋼中，由于淬火時(shí)質(zhì)量體積變化較小，特別是淬透性差，故其淬火變形常以熱應(yīng)力為主。中碳鋼中，因其淬火時(shí)質(zhì)量體積變化較大，淬透性也較低碳鋼大，且MS點(diǎn)還比較高，故當(dāng)零件尺寸較小淬火變形將以相變應(yīng)力變形為主；當(dāng)然隨著零件尺寸增大，硬度層深度減小，將會(huì)逐漸過(guò)渡到以熱應(yīng)力變形為主。在高碳鋼中，由于MS點(diǎn)較低，殘留奧氏體較多，故淬火變形主要是熱

52、應(yīng)力變形。</p><p>　　合金元素大多會(huì)明顯提高鋼的淬透性，使MS點(diǎn)下降，殘留奧氏體量增多，因此減少了相變應(yīng)力；同時(shí)合金元素提高了鋼的淬透性，可以在緩和的介質(zhì)中淬火，減少了工件的熱應(yīng)力；另外由于合金元素的加入，提高了鋼的屈服強(qiáng)度，因此顯著地減少了淬火應(yīng)力引起的變形。</p><p><b>　　2.2鋼的淬透性</b></p><p>　

53、　鋼的淬透性是指在規(guī)定條件下，決定鋼材淬硬深度和硬度分布的特征。它是反映鋼在淬火時(shí)，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的難易程度。鋼的淬透性與鋼的臨界冷卻速度有密切的關(guān)系，臨界冷卻速度越底，鋼的淬透性越好，降低臨界冷卻速度的主要因素是鋼的化學(xué)成分，例如合金鋼的淬透性比碳鋼好。淬透性好的鋼，在淬火冷卻時(shí)可采用比較緩和的淬火介質(zhì)，減少工件淬火的變形及開裂傾向。因此，對(duì)于重要的、形狀復(fù)雜的、大截面的零件應(yīng)選擇淬透性好的合金鋼，經(jīng)淬火及回火處理，既能獲得所需要

54、的力學(xué)性能，又能減少變形及開裂。</p><p><b>　　2.3鋼的原始組織</b></p><p>　　零件淬火前的組織狀態(tài)對(duì)零件的淬火質(zhì)量有很大影響，如碳素工具鋼、合金工具鋼、軸承鋼等，這些鋼在鍛造加工以后，必須進(jìn)行球化退火，將片狀珠光體變?yōu)榍驙钪楣怏w，在淬火加熱時(shí)，奧氏體晶粒不易長(zhǎng)大，冷卻時(shí)工件的變形和開</p><p>　　裂傾向小

55、。另外偏析現(xiàn)象和網(wǎng)狀組織,對(duì)淬火后工件的變形、特別是對(duì)細(xì)長(zhǎng)軸的彎曲變形影響很大。材料的本質(zhì)晶粒度越細(xì),屈服強(qiáng)度越高,對(duì)變形的抗力越大,工件淬火后的變形量就相應(yīng)減小。</p><p><b>　　2.4淬火介質(zhì)</b></p><p>　　一般認(rèn)為,淬火介質(zhì)300℃時(shí)的冷卻速度對(duì)變形的影響是關(guān)鍵的,應(yīng)根據(jù)鋼的淬透性、零件截面尺寸和表面粗糙度,合理選用淬火介質(zhì)。常用的淬火

56、介質(zhì)有水、油、以及鹽類水溶液、熔鹽、空氣等。水的冷卻特性不理想，在要求快冷區(qū)間650—400℃時(shí)，水的冷卻速度很小，大約200℃/s,而在400℃以下需要漫冷的區(qū)間，水的冷卻速度大增，大約300℃達(dá)到最大值800℃/s,使零件淬火變形及開裂傾向最大。一般情況下碳鋼常采用淬火烈度大的水或水溶液作為淬火介質(zhì)；而合金鋼一般用油作為淬火介質(zhì)。因此，選擇淬火介質(zhì)的正確原則是，在保證淬硬的前提下，盡量選擇淬火烈度小的淬火介質(zhì)，以減小淬火變形及開裂。

57、 一般認(rèn)為,淬火介質(zhì)300℃時(shí)的冷卻速度對(duì)變形的影響是關(guān)鍵的,應(yīng)根據(jù)鋼的淬透性、零件截面尺寸和表面粗糙度,合理選用淬火介質(zhì)。常用的淬火介質(zhì)有水、油、以及鹽類水溶液、熔鹽、空氣等。水的冷卻特性不理想，在要求快冷區(qū)間650—400℃時(shí)，水的冷卻速度很小，大約200℃/s,而在400℃以下需要漫冷的區(qū)間，水的冷卻速度大增，大約300℃達(dá)到最大值800℃/s,使零件淬火變形及開裂傾向最大。一般情況下碳鋼常采用淬火烈度大的水或水溶液作&

58、lt;/p><p>　　2.5零件的幾何形狀尺寸</p><p>　　從熱處理工藝角度出發(fā)，零件設(shè)計(jì)最好采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)，盡量避免尖角，要求截面過(guò)渡均勻。必要時(shí)可開工藝用槽。如鏜桿上開有兩條對(duì)稱的槽，其中一條是為減小熱處理變形而設(shè)計(jì)的。形狀較復(fù)雜的零件，如零件的尖角處，由于應(yīng)力集中，更容易產(chǎn)生淬火裂紋。因此，必須合理選擇材料，避免淬火裂紋產(chǎn)生。</p><p><b&

59、gt;　　2.6淬火方法</b></p><p>　　為了使淬火時(shí)最大限度地減少變形和避免開裂，除了正確地進(jìn)行加熱及合理選擇淬火介質(zhì)外，還應(yīng)根據(jù)工件的成分、尺寸、形狀和技術(shù)要求選擇合適的淬火方法。例如:雙介質(zhì)淬火、馬氏體分級(jí)淬火、貝氏體等溫淬火、強(qiáng)烈淬火等。雙介質(zhì)淬火的內(nèi)應(yīng)力小，變形及開裂少，所以主要應(yīng)用于碳素工具鋼制造的易開裂的工件，如絲錐等；貝氏體等溫淬火可以顯著地減少淬火應(yīng)力和淬火變形，并能基本

60、上避免工件的淬火開裂，因此，各種形狀復(fù)雜的模具、成形刀具采用貝氏體等溫淬火；強(qiáng)烈淬火技術(shù)是采用高速攪拌或高壓噴淬使試件在馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)域進(jìn)行快速而均勻的冷卻,在試件整個(gè)表面形成一個(gè)均勻的具有較高壓應(yīng)力的硬殼,避免了常規(guī)淬火在馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)域進(jìn)行快速冷卻而產(chǎn)生畸變過(guò)大和開裂的問(wèn)題。</p><p>　　總之，熱處理變形及開裂的影響因素是十分復(fù)雜的問(wèn)題，在制定淬火熱處理工藝時(shí)，應(yīng)充分考慮工件的形狀、鋼中的碳含量，根據(jù)工件

61、所要求的力學(xué)性能，合理選擇淬火方法及冷卻介質(zhì)，防止變形及開裂，提高產(chǎn)品質(zhì)量。</p><p>　　減少變形及開裂的措施</p><p>　　3.1合理的選用鋼材</p><p>　　對(duì)于形狀復(fù)雜、截面尺寸相差懸殊的工件，最好選用高淬透性的合金鋼。以便在緩冷介質(zhì)中冷卻時(shí)，能減小應(yīng)力與變形。對(duì)形狀復(fù)雜且精度要求較高的模具、量具等，可以用微變形鋼，用等溫淬火或分級(jí)淬火來(lái)減

62、小變形。對(duì)于易變形、淬裂的零件選用合金鋼，對(duì)于硬度要求不高的結(jié)構(gòu)件，在滿足硬度要求的情況下，盡可能的選用碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小的碳鋼以減少變形。</p><p>　　3.2合理的選擇加熱溫度</p><p>　　在保證淬硬的前提下，一般應(yīng)該盡量選擇低一些的淬火溫度。但對(duì)于一些高碳合金鋼工件，可以通過(guò)適當(dāng)提高淬火溫度來(lái)降低Ms點(diǎn)，增大殘留奧氏體量，以控制淬火變形。另外，對(duì)厚度較大的高碳鋼工件，也可適

63、當(dāng)提高其淬火溫度來(lái)防止弧裝裂紋。</p><p>　　3.3合理鍛造及預(yù)先熱處理</p><p>　　鋼中白點(diǎn)，鎖孔可能成為淬火裂紋的根源。原材料中碳化物偏析也易使工件發(fā)生開裂，因此，必須嚴(yán)格控制原材料的質(zhì)量。淬火前的原始組織對(duì)淬火變形有很大的影響。尤其是對(duì)高碳工具鋼必須進(jìn)行合理的鍛造以消除網(wǎng)狀碳化物及偏析，盡可能使其均勻分布。對(duì)變形要求較嚴(yán)格的工件，在加工過(guò)程中，要進(jìn)行去應(yīng)力退火。對(duì)于形

64、狀復(fù)雜的零件在淬火前進(jìn)行退火、正火或調(diào)質(zhì)處理，以減小或避免零件變形、開裂。</p><p>　　鑄件的預(yù)備熱處理，一般是在鑄造后立即進(jìn)行退火或正火。依據(jù)不同的情況。采用不同的預(yù)備熱處理方法：（1）低碳鋼應(yīng)該選用正火處理，以獲得均勻的鐵素體加細(xì)片狀的珠光體組織。（2）中碳鋼及合金鋼一般采用完全退火或等溫球化退火，獲得鐵素體加片狀或球狀珠光體組織。（3）如果僅為了消除鑄造應(yīng)力，則采用去應(yīng)力退火即可。（4）較大的大型鑄

65、件，往往會(huì)出現(xiàn)枝晶偏析，這是可以采用均勻化退火處理。</p><p>　　3.4合理設(shè)計(jì)工件的結(jié)構(gòu)尺寸</p><p>　　工件結(jié)構(gòu)盡量對(duì)稱，減少截面的厚薄懸殊，避免尖角和薄邊及厚薄交界處應(yīng)該平滑過(guò)渡。</p><p>　?。?）避免尖角、尖棱</p><p>　　零件尖角、尖棱造成淬火應(yīng)力集中，往往會(huì)導(dǎo)致淬火裂紋，故要將尖角、棱角加工成圓角

66、、倒角以避免開裂。</p><p><b>　?。?）避免厚薄懸殊</b></p><p>　　厚薄懸殊的零件因?yàn)榇慊鹄鋮s不均勻，所以變形、開裂傾向較大可采取開工藝孔、加厚零件太薄的部分、合理安排空洞位置或不通孔為通孔等辦法。</p><p>　　（3）采用封閉、對(duì)稱結(jié)構(gòu)</p><p>　　開口或不對(duì)稱結(jié)構(gòu)的零件淬火時(shí)

67、應(yīng)力分布不均勻，已引起變形，應(yīng)改為封閉結(jié)構(gòu)或?qū)ΨQ結(jié)構(gòu)。封閉結(jié)構(gòu)如圖3所示彈簧夾頭，熱處理后再切開槽口。如鏜桿截面，要求氮化變形極小。原設(shè)計(jì)在鏜桿一側(cè)開槽，結(jié)果變形較大。后修改設(shè)計(jì)。在另一側(cè)也開槽，使零件形狀呈對(duì)稱結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)減小了鏜桿在熱處理時(shí)的變形。</p><p>　?。?）、采用組合結(jié)構(gòu)</p><p>　　某些有淬裂傾向而各部分工件要求不同的零件或形狀復(fù)雜的零件，可以采用組合結(jié)構(gòu)或者

68、鑲拼結(jié)構(gòu)，不僅減小熱處理變形、防止開裂，而且方便于維修。</p><p>　　3.5采用合理的熱處理工藝</p><p>　　（1）采用一次或多次預(yù)熱</p><p>　　為了減小熱應(yīng)力應(yīng)緩慢加熱以減小工件的溫差，尤其對(duì)形狀復(fù)雜或?qū)嵝缘母吆辖痄撝乒ぜ＞?，采用一次或多次預(yù)熱，課減小變形、防止開裂。此外，適當(dāng)降低淬火溫度或采用預(yù)冷淬火，都有利于減小變形。</p

69、><p>　?。?）采用分級(jí)淬火或等溫淬火</p><p>　　采用分級(jí)淬火或等溫淬火，可同時(shí)減小熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，將變形降低到最小程度。分級(jí)淬火、等溫淬火只適應(yīng)與薄壁小件的生產(chǎn)。</p><p>　　3.6采用正確的淬火操作方法</p><p>　　正確選擇工件淬入介質(zhì)的方式，保證工件得到最均勻的冷卻并沿著最小阻力方向淬入淬火介質(zhì)，將冷卻最慢的

70、面朝著淬火介質(zhì)的液面運(yùn)動(dòng)。當(dāng)工件冷卻至Ms點(diǎn)以下時(shí)，應(yīng)該停止運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　長(zhǎng)軸類零件，垂直淬火，上下移動(dòng)。</p><p>　　厚薄不均勻的零件，厚的部分先淬入淬火介質(zhì)，對(duì)截面不均勻冷卻的長(zhǎng)形工件，可水平快速淬入或傾斜淬入淬火介質(zhì)。</p><p>　　對(duì)薄壁環(huán)狀工件，軸向垂直淬入。</p><p>　　對(duì)帶有盲孔的工件，孔部朝

71、上淬入，這樣有利于孔內(nèi)氣泡的排除。同理。具有凹面的工件，應(yīng)該講凹面朝上淬入。</p><p>　　對(duì)薄壁件，側(cè)向淬入，在可能的條件下，工件的尖、薄處要進(jìn)行預(yù)冷。另外，講某些孔用石棉堵死；薄壁部位用石棉繩包裹；在容易變形的一側(cè)綁加強(qiáng)筋進(jìn)行淬火均能減小熱處理變形、防止開裂。</p><p>　　3.7預(yù)留合理的加工余量</p><p>　　工件進(jìn)行熱處理，加熱冷卻并伴隨

72、組織轉(zhuǎn)變，必然產(chǎn)生熱應(yīng)力、組織應(yīng)力，因此在零件加工過(guò)程中必須留有合理的加工余量，這樣既可簡(jiǎn)化熱處理操作，又不使隨后機(jī)械加工時(shí)增加過(guò)大的工作量。</p><p>　　3.8合理的安排工藝路線</p><p>　　圖4是45鋼制齒輪，它有4個(gè)直徑為35mm孔靠近齒根。若先加工出這些孔再進(jìn)行高頻淬火，則齒部靠近直徑為35mm孔的節(jié)圖將會(huì)變小，在高頻淬火后再鉆這4個(gè)孔，可減小變形，保證精度。<

73、;/p><p><b>　　3.9修改技術(shù)要求</b></p><p>　　對(duì)于某些發(fā)生變形、開裂的零件，可以修改技術(shù)要求，以減小變形、開裂。如圖5為鎖緊螺母。原設(shè)計(jì)用45鋼，要求四個(gè)槽口部分硬度在HRC35—40。當(dāng)槽口、內(nèi)螺紋等全部加工后，再整體淬火、回火、槽口硬度可達(dá)到技術(shù)要求，但是內(nèi)螺紋變形，不能保證精度。如先熱處理再加工，則硬度又太高。通過(guò)修改技術(shù)條件和調(diào)整工藝

74、路線可以解決這些矛盾。其工藝路線如下：</p><p>　　下料調(diào)質(zhì)（HRC25-30）加工槽口槽口高頻淬火（HRC35-40）加工內(nèi)螺紋</p><p>　　這樣，既滿足了槽口的硬度要求，又保證了螺紋的精度。</p><p>　　此外，熱處理時(shí)使用淬火夾具，降低零件表面粗糙度，更換材料等，均可減小或避免零件的變形、開裂。</p><p>　

75、　3.10按變形頻率調(diào)節(jié)加工尺寸</p><p>　　熱處理變形，通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以總結(jié)出規(guī)律。采用冷、熱加工配合，調(diào)整加工尺寸，對(duì)于大批生產(chǎn)零件是一種行之有效的方法。如某廠生產(chǎn)的汽車變速箱齒輪，通過(guò)試驗(yàn)，掌握了滲碳淬火后的變形規(guī)律，采用改變加工尺寸，就能在熱處理后達(dá)到精度要求。</p><p>　　4.變形的其他影響因素及減小措施</p><p>　　4.1合理的加熱次

76、序和冷卻次序</p><p>　　根據(jù)，不同零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，制定適合該零件的熱處理順序，可相應(yīng)的減小熱處理帶來(lái)的變形，盡量使各部分熱處理產(chǎn)生的變形可以相互抵消。最終達(dá)到變形最小的目的。不過(guò)，此方法成本較高，較復(fù)雜，浪費(fèi)時(shí)間。一般情況下，除非非常精密的零件，才會(huì)采用此種方式。</p><p><b>　　4.2預(yù)備熱處理</b></p><p>

77、　　正火硬度過(guò)高、混晶、大量索氏體或魏氏組織都會(huì)使內(nèi)孔變形增大，所以要用控溫正火或等溫退火來(lái)處理鍛件。金屬的正火、退火以及在進(jìn)行淬火之前的調(diào)質(zhì)，都會(huì)對(duì)金屬最終的變形量產(chǎn)生一定的影響，直接影響到的是金屬組織結(jié)構(gòu)上的變化。實(shí)踐證明，在正火時(shí)采用等溫淬火可有效地使金屬組織結(jié)構(gòu)趨于均勻，從而使其變形量減小。</p><p>　　4.3運(yùn)用合理的冷卻方法</p><p>　　金屬淬火后冷卻過(guò)程對(duì)變形

78、的影響也是很重要的一個(gè)變形原因。熱油淬火比冷油淬火變形小，一般控制在100±20℃。油的冷卻能力對(duì)變形也是至關(guān)重要的。淬火的攪拌方式和速度均影響變形。金屬熱處理冷卻速度越快，冷卻越不均勻，產(chǎn)生的應(yīng)力越大，模具的變形也越大?？梢栽诒ＷC模具硬度要求的前提下，盡量采用預(yù)冷；采用分級(jí)冷卻淬火能顯著減少金屬淬火時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，是減少一些形狀較復(fù)雜工件變形的有效方法；對(duì)一些特別復(fù)雜或精度要求較高的工件，利用等溫淬火能顯著減少變形

79、。</p><p>　　4.4零件結(jié)構(gòu)要合理</p><p>　　金屬熱處理后在冷卻過(guò)程中，總是薄的部分冷得快，厚的部分冷得慢。在滿足實(shí)際生產(chǎn)需要的情況下，應(yīng)盡量減少工件厚薄懸殊，零件截面力求均勻，以減少過(guò)渡區(qū)因應(yīng)力集中產(chǎn)生畸變和開裂傾向；工件應(yīng)盡量保持結(jié)構(gòu)與材料成分和組織的對(duì)稱性，以減少由于冷卻不均引起的畸變；工件應(yīng)盡量避免尖銳棱角、溝槽等，在工件的厚薄交界處、臺(tái)階處要有圓角過(guò)渡；盡量減

80、少工件上的孔、槽筋結(jié)構(gòu)不對(duì)稱；厚度不均勻零件采用預(yù)留加工量的方法。</p><p>　　4.5采用合理的裝夾方式及夾具</p><p>　　此方法的目的是使工件加熱冷卻均勻，以減少熱應(yīng)力不均，組織應(yīng)力不均，來(lái)減小變形，可改變裝夾方式，盤類零件與油面垂直，軸類零件立裝，使用補(bǔ)償墊圈，支承墊圈，疊加墊圈等，花鍵孔零件可用滲碳心軸等。</p><p><b>　

81、　4.6機(jī)械加工</b></p><p>　　當(dāng)熱處理是工件加工過(guò)程的最后工序時(shí)，熱處理畸變的允許值應(yīng)滿足圖樣上規(guī)定的工件尺寸，而畸變量要根據(jù)上道工序加工尺寸確定。為此，應(yīng)按照工件的畸變規(guī)律，熱處理前進(jìn)行尺寸的預(yù)修正，使熱處理畸變正好處于合格范圍內(nèi)。當(dāng)熱處理是中間工序時(shí)，熱處理前的加工余量應(yīng)視為機(jī)加工余量和熱處理畸變量之和。通常機(jī)械加工余量易于確定，而熱處理由于影響因素多比較復(fù)雜，因此為機(jī)械加工留出足

82、夠的加工余量，其余均可作為熱處理允許畸變量。熱處理后再加工，根據(jù)工件的變形規(guī)律，施用反變形、收縮端預(yù)脹孔，提高淬火后變形合格率。</p><p>　　4.7采用合適的介質(zhì)</p><p>　　在保證同樣硬度要求的前提下，盡量采用油性介質(zhì)，實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐證明，再其他條件無(wú)差異的前提下，油性介質(zhì)的冷卻速度較慢，而水性介質(zhì)的冷卻速度則相對(duì)快一些。而且，和油性介質(zhì)相比，水溫變化對(duì)水性介質(zhì)冷卻特性的影響

83、較大，在同樣的熱處理?xiàng)l件下，油性介質(zhì)相對(duì)水性介質(zhì)淬火后的變形量要相對(duì)小。</p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　重要件關(guān)鍵件都要進(jìn)行熱處理。熱處理工件就會(huì)發(fā)生變形，甚至是開裂，因此提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低廢品率，減小熱處理變形，防止開裂是關(guān)鍵。減小熱處理變形、防止開裂僅僅靠熱處理工作者是不夠的，要求設(shè)計(jì)人員充分考慮熱處理工藝性。冷熱加工要相互配合。

84、在生產(chǎn)、設(shè)計(jì)過(guò)程中，綜合分析，找出問(wèn)題的關(guān)鍵，抓住主要矛盾，采取有效措施，就能明顯減小熱處理變形，避免開裂，達(dá)到提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低消耗，增加經(jīng)濟(jì)效益的目的。  熱處理能改善工件的機(jī)械性能，提高工件的強(qiáng)度和硬度，滿足各種性能的需要，但引起的變形影響是不可避免的。我們要重視我國(guó)現(xiàn)階段的熱處理技術(shù)和裝備的改進(jìn)，不斷學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)，同時(shí)發(fā)展自主研發(fā)，創(chuàng)新的能力提高熱處理工件質(zhì)量及合格率，為我國(guó)的熱處理行業(yè)作出貢獻(xiàn)。為我國(guó)成為工業(yè)大

85、國(guó)而努力。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1]劉曄東，熱處理變形淺析. 機(jī)械工人：熱加工. 2007年10期.</p><p>　　[2]雷聲，齒輪熱處理變形的控制. 機(jī)械工程師. 2008年5期.</p><p>　　[3]魏強(qiáng)、劉曉清，熱處理淬火變形的控制. 汽車工藝與材料.