從減少熱應力考慮熱處理的變形問題

摘要 通過減少內應力來控制材料的變形，可以采用降低淬火溫度，提高淬火油溫和分級淬火等方式，文中就詳細從這幾方面進行了論述。

關鍵詞 淬火 油溫 熔融硝鹽 分級淬火

中圖分類號 03 文獻標識碼 A 文章編號 1009-5489(2007)06-0083-02

熱應力是造成淬火變形的主要原因之一。因此，減少熱應力是控制變形的重要環節。

一、降低淬火溫度，減少溫差

淬火溫度愈高，零件從高溫冷卻的溫差愈大，其淬火后的變形也愈嚴重。因此，降低淬火溫度，亦可取得一定效果。如45鋼的淬火溫度常用830－850℃實際上45鋼的AC5為785℃，在800℃淬火即可使奧氏體均勻化，保溫時間可適當延長一些(從節能觀點出發，中碳鋼到溫后不必保溫就可淬火，這種方法稱“零保溫”)，淬火變形即可減少。如套類零件800℃淬火變形，就要比830℃淬火變形小。

但當材料為合金鋼時，適當提高淬火加熱溫度，將有利于增加奧氏體量，減少體積膨脹，降低組織應力，對減小變形有利。因此，淬火溫度還要根據材料的合金元素含量及零件結構的復雜程度而定。

二、提高淬火油溫，減少溫差

合金鋼淬火時，提高冷卻油的油溫，對減少淬火變形是有利的。如用爐加熱淬火時，一般都采用80℃的熱油。油的溫度高，流動性好，不但可減少熱應力，減少變形，且淬火后的硬度也比冷油淬火商，硬度均勻性也要好得多。對于易變形的零件，如薄壁套環、齒輪類以及長軸、剪刀板等，淬火油溫度可提高到80℃，并使它均勻地上下循環流動，以使零件冷卻時溫度均勻，變形減少。

在生產現場，提高油溫可用管狀加熱元件或先淬合金鋼毛坯，使油溫升高后再淬零件。為防患于未燃，在油槽鄰近必須配備必要的消防器材，如二氧化碳干粉滅火機。此外，對淬火油必須定期檢測其質量指標和冷卻能力，并定期補足及更換。

三、采用熔融硝鹽分級淬火

按分級淬火的定義，其熔鹽溫度應在材料的Ms點以上。但根據實踐經驗，硝鹽浴溫度在Ms點以上時，有的零件往往不易淬硬，實際上硝鹽的溫度以控制在160—180℃范圍內為宜。

為了配制及補充時容易掌握，采用的成份可按照KN03和NANO2各50％的比例；另外加上適當的水，以淬入零件后液面能沸騰而又不太劇烈為原則，此時的含水量約為4—6％。新鹽入庫可按1：1比例配好，以便隨時補充。零件在熱浴中的停留時間，原則上和淬火到溫后的保溫時間一樣，一般說來停留時間長一些對硬度的影響并不大。

堿浴在使用時有堿霧蒸發，液沫飛濺，影響環境衛生和生產安全。因此，必須配置吸風設備和防護罩。堿浴宜專用于要求高硬度的碳工鋼模具淬火，一般只是在硝鹽達不到硬度要求時才使用堿浴。

從長期實踐來看，硝鹽完全可取代油而應用于合金鋼，其冷卻能力比油好，但變形卻比油少。用硝鹽作淬火介質，還沒有發現過使零件淬裂的例子。但對于中碳鋼來說，只能淬硬有效厚度為10mm左右的零件或主要要求齒部淬硬的中小齒輪及局部淬硬零件。

分級淬火時必須注意的問題是：

1、由于零件不斷淬入熔鹽中，帶人了大量熱量，將使熔鹽溫度升高，超出范圍就會影響淬火后的硬度。因此，熔鹽淬火槽必須配備有水冷裝置和必要的儀表或自動通水冷卻裝置，以便熔鹽升溫后隨時可降溫，控制熔鹽槽的溫度。

2、隨著零件淬火數量增加，帶入的氯化鹽增多，會在槽底結塊沉淀下來，影響熔鹽的流動性，使熔鹽的淬火冷卻能力降低，因此必須定期(一般應為每1～2周一次)把熔鹽舀出，用細鐵絲網進行過濾，以便保證熔鹽的正常使用。

3、套筒在淬入熔鹽時，特別要防止熔鹽從套筒上面溢出，造成燒傷事故，故要用帶帽工具加以防護。

四、等溫淬火

等溫淬火的加熱溫度和分級淬火一樣，一般可比正常淬火溫度高20－30℃，約在250—400℃之間。但也不宜過高，以免增加溫差，對減少變形不利。等溫時間一般為20—40分鐘。

由于等溫淬火縮小了溫度差，減少了熱應力，且由于組織轉變成下貝氏體，減少了比容的變化，即減少了由于體積膨脹而產生的組織應力。因此，淬火后的變形量大為減少，比分級淬火還要好，是解決變形的有效措施。

等溫淬火一般都在硝鹽浴內進行。在零件數量不太多的情況下可充分利用中溫回火硝鹽爐。零件在等溫淬火后不需要再回火。但對于貝氏體轉變不能全部完成的高合金鋼，高速鋼等，剩余的過冷奧氏體在空冷的過程中將轉變為馬氏體，為了使這部份馬氏體所產生脆性得到消除，在淬火后還需要適當的回火。

大流量100L／min油泵齒輪，材料為40Cr，由于淬油后齒形及內外徑的變化，使加工困難，油泵噪音增加，后來采用在830℃加熱后在260℃硝鹽內等溫冷卻20分鐘，再取出空冷，硬度可達HRC53，符合要求。內孔變形可控制在0.02mm范圍內。

等溫淬火時的等溫溫度選擇和控制非常重要，如果上述齒輪淬火時等溫槽溫度升高，則淬火后的變形有向淬油方向發展的趨勢。如溫度降低到250℃以下，又有向水淬方向變化的趨勢。因此，在淬火時淬入量也必須嚴格控制，每串只能扎齒二件，每批淬入四串，每批20分鐘，淬火后一般不再回火(硝鹽爐尺寸為450x450x500ram)。

等溫淬火對碳鋼來說，一般只運用于含碳量≥0.6％的鋼號，這主要是由于中溫硝鹽浴的冷卻能力較低，因此在尚未冷到等溫溫度時，就有可能發生珠光體轉變。因此，最好能用于合金結構鋼或合金工具鋼等淬透性較好的鋼號。對于淬透性較低的鋼號則并不適合。

等溫淬火時必須注意的問題是零件在加熱時的吊掛或裝爐的方法，要防止由于吊掛不良及零件自重而造成的變形。這種翹曲是等溫淬火難以防止的疵病。