工艺参数对处理变形的影响

无论是常规热处理还是特殊热处理，都可能产生热处理变形，分析热处理工艺参数对热处理变形的影响时，最重要的是分析加热过程和冷却过程中的影响。加热过程的主要参数是加热的均匀性、加热温度和加热速度；冷却过程的主要参数是冷却的均匀性和冷却速度。不均匀冷却对淬火变形的影响与工件截面形状不对称造成的不均匀冷却情况相同，以下主要讨论其他工艺参数的影响。

 

⒈不均匀加热引起的变形

加热速度过快、加热环境的温度不均匀和加热操作不当均能引起工件的不均匀加热。加热的不均匀对细长工件或薄片件的变形影响十分显著。这里说的不均匀加热并不是指工件表面和心部在加热过程中不可避免的温度差，而是特指由于种种原因工件各部分存在温差梯度的情况。

 

例：假定一板状工件分为A和B两部分，其长度为L0。在不均匀加热情况下，若A部分温度较高，B部分温度较低，则由于A部分的热膨胀大于B部分的热膨胀，导致A部分受压应力，B部分受拉应力。在未发生相变的较低温度下，若上述热应力未达到该温度下材料的屈服强度时，工件只发生弹性变形，温度下降到室温后，工件恢复到原长度。随着温度的升高，特别在500℃以上，钢的屈服强度大幅度下降，在未发生相变的情况下，当温度较高难度的A部分内应力达到其屈服强度仍然只发生压缩塑性变形时，温度较低的B部分的拉应力低于其屈服强度仍然只发生弹性变形，冷却至室温时，该工件不能恢复到原长度L0和原来的形状，若板薄而细长，加热层较厚时，将发生两端上翘的弯曲变形；若板很厚加热层很薄是时，则易产生表面龟裂。当A部分的温度超过相变温度发生珠光体向奥氏体转变时，伴随发生的体积收缩将与热膨胀互相抵消，结果使A、B两部分的膨胀差减小，变形量减小。

 

为了减小不均匀加热引起的变形，对于形状复杂或导热性较差的高合金工件，应当缓慢加热或采用预热。但是应当指出，虽然快速加热能导致长轴类工件和薄片状板件变形度的增加；然而，对于体积变形为主的工件，快速加热往往又能起到减小变形的作用。这是因为当只有工件的工作部位需要淬火强化时，快速加热可使工件心部保持在温度较低强度较高的状态下，工作部分即能达到淬火温度。这样强度较高的心部就能防止工件淬火冷却后产生较大变形。另外，快速加热可以采用较高的加热温度和较短的加热保温时间，从而可以减轻由于在高温阶段长时间停留因工件自重产生的变形。快速加热仅使工件表层和局部区域达到相变温度，相应地减小了淬火的体积变化效应，这也有利于减小淬火变形。

 

⒉加热温度对变形的影响

淬火加热温度通过改变淬火冷却时的温差，改变淬透性、Ms点和残余奥氏体的数量而对淬火变形发生影响。提高淬火加热温度，增加了残余奥氏体量，使Ms点降低，组织应力引起的变形减小，使套类工件的孔腔趋于缩小；但另一方面，淬火加热温度的提高增加了淬透性，增大了淬火冷却时的温差，提高了热应力，有使内孔胀大的倾向。实践证明，对于低碳钢制工件，若正常加热温度淬火后内孔收缩，提高淬火加热温度收缩的更大，为了减小收缩，要降低淬火加热温度；对于中碳合金钢制的工件，若正常加热温度淬火后内孔胀大，则提高淬火加热温度胀的更大，为了减小孔腔的胀大，也需降低淬火加热温度。对于Cr12型高合金模具钢，提高淬火加热温度，使残余奥氏体量增多，孔腔趋于缩小。

 

⒊淬火冷却速度对变形的影响

一般来说，淬火冷却愈激烈，工件内外和不同部位（截面尺寸不同的部位）温差愈大，产生的内应力愈大，导致热处理变形增大。例：热模具钢制试样经不同冷却速度淬火回火的变形情况。三种介质的冷却速度以油冷最快，热浴冷却次之，空冷最慢。工件经三种不同冷速淬火后，其长度和宽度的变形皆倾向于收缩，变形量差别不大；但在厚度方向上冷速慢的空冷淬火和热浴淬火引起的变形则小得多，其变形胀大小于0.05%，而油淬发生收缩变形，其最大变形量达0.28%左右。然而，当冷却速度的改变使工件的相变发生变化时，冷却速度的增大却并不一定会引起变形的增大，有时反而会使变形减小。例如，当低碳合金钢淬火后由于心部含有大量铁素体而发生收缩时，增大淬火冷却速度心部得到更多的贝氏体可以有效的减小收缩变形。相反，若工件淬火后因心部获得马氏体而胀大时，减小冷却速度对淬火变形的影响是一个复杂的问题，但原则是在保证要求的组织和性能的前提下，应尽量送减小淬火冷却速度。