熱處理變形的影響因素

摘要：隨著機械工業(yè)的快速發(fā)展，機械工業(yè)制作和機械精度的要求也越來越高，而在工業(yè)生產(chǎn)零件過程中，熱處理產(chǎn)品是必不可少的重要一步，它對于材料的性能和工藝要求也越來越大，產(chǎn)品的精度、強度、噪音、反應(yīng)速度以及壽命等，都是影響到產(chǎn)品能力的主要表現(xiàn)。因此對于精度要求較高的零件應(yīng)當(dāng)從其制作完成前，充分考慮到其的變形量、變形強度、變形后恢復(fù)速度等關(guān)鍵因素。本文將從溫度的角度著手，探討溫度是控制變形的關(guān)鍵因素和同時列舉出幾種可能導(dǎo)致產(chǎn)品變形的因素。

關(guān)鍵詞：熱處理變形；金屬熱處理；變形因素；溫度

1引言

金屬的材料熱處理是將固態(tài)的金屬或者合金，通過高溫加熱的方式，直接冷卻、保溫冷卻、突然冷卻的方式將金屬內(nèi)部的組織和結(jié)構(gòu)進行改變，在此過程中為了能夠獲得更好的結(jié)果，經(jīng)常加入化學(xué)材料或者機械工藝材料。熱處理工業(yè)是獲得金屬合金的主要方式，也是獲得大量可靠、安全材料性能的主要方式。在當(dāng)前不少金屬材料中，熱處理的合金經(jīng)常能夠有著抗高溫、抗變形、抗腐蝕等重要的作用。

但是在現(xiàn)實中的熱處理工藝經(jīng)常會產(chǎn)生不少問題，所加入的材料和化學(xué)催化劑作用不完全、物理作用下，金屬已經(jīng)發(fā)生變形或者內(nèi)部發(fā)生斷裂等情況，這些都是在機械加工過程中應(yīng)當(dāng)避免發(fā)生的。而這些情況又都是不可避免發(fā)生。這兩種相互作用的結(jié)果將直接導(dǎo)致所出產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。如果我們能夠在產(chǎn)品的保質(zhì)溫度下進行產(chǎn)品鍛煉或者產(chǎn)品融合，就可以保證在產(chǎn)品變形之前獲得較好的產(chǎn)品性能和產(chǎn)品質(zhì)量。

2熱量是工件變形的關(guān)鍵

工業(yè)中生產(chǎn)的產(chǎn)品所處理的熱工藝非常的多，通過加熱、正火、回火、淬火、冷卻，再加熱等方式，他們之間互相的關(guān)鍵其實在于熱作用的過程，主要都是通過加熱、保溫、冷卻三個方式進行。而整個工作處理的過程中往往可以通過加熱速度、加熱溫度、保溫速度、保溫時間、冷卻速度、冷卻時間以及熱處理的周期等幾種重要的工作參數(shù)進行測量和計算。

在熱處理工藝過程中，要將材料進入各種加熱爐進行加熱，金屬熱處理的整個過程都是會在這些加熱爐中進行的。（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）。

為了保證金屬的整個加熱效果，測量爐內(nèi)溫度和爐內(nèi)降溫速度成為了熱處理的重要工藝參數(shù)。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)量下降甚至報廢。溫度的測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。

（1）工藝溫度降低后工件的高溫強度損失相對減少，塑性抗力增強。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，變形就會減少。

（2）工藝溫度降低后工件加熱、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降低，由此而導(dǎo)致的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力也相對減少，這樣變形就會減少。

（3）如果工藝溫度降低、且熱處理工藝時間縮短，則工件的高溫蠕變時間減少，變形也會減少。

3變形的其它影響因素及減小措施

3.1安排加熱的工藝排序和冷卻的方式

不同的零件要求對于其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)式不同的，因此要進行熱處理必須要對零件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有著充分的了解和認(rèn)識，在進行熱處理前對于加工材料的分析和計算，并通過實驗結(jié)果證明加工的溫度和冷卻的方式符合當(dāng)前零件的需求。

在加工工藝工程中，通過預(yù)定的熱處理盡可能減少變形的發(fā)生和，最終達到變形量最小的目的。不過如此進行加工，會導(dǎo)致加工成本過高，加工工藝復(fù)雜，且浪費時間，因此在一般的加工工藝過程中，除非有特別要求進行加工的零件，才會采用此種方式進行。

3.2加工前預(yù)熱處理

由于熱處理屬于直接對產(chǎn)品進行加熱，正火的溫度過高、混晶、大量索氏體或魏氏組織都很容易導(dǎo)致溫度過大，零件內(nèi)部孔長大增加空間，如果直接加入或者快速加熱很容易當(dāng)整個零件直接斷裂，因此加熱過程中，應(yīng)當(dāng)通過控制溫度正火或者等溫退火、等溫加熱的方式來處理鍛件。金屬的正火、退火工藝已經(jīng)通過加熱的材料和保溫的速度都會對金屬的最終變形量產(chǎn)生巨大的影響，甚至應(yīng)當(dāng)?shù)浇饘賰?nèi)部組織結(jié)構(gòu)上的變化，在不斷試驗證明，使用正火進行等溫淬火可以讓金屬內(nèi)部組織區(qū)域均勻，是的變形量達到最小，其產(chǎn)品的性能也能獲得較高。

3.3合理的冷卻方法

使用金屬淬火后冷卻過程也是影響零件變形的主要原因之一。淬火的工藝中一般可以分為：熱油淬火、冷油淬火的方式，而熱油淬火往往比冷油淬火的變形量小，一般如果能夠?qū)囟瓤刂频?00±20℃，熱油就能夠?qū)⒘慵臏囟戎饾u降溫，從而保證零件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相應(yīng)的不產(chǎn)生大幅度變化。值得一提的是，熱油淬火的關(guān)鍵是在油的冷卻能力上，如果淬火的油冷卻能力較大，冷卻不均勻，其將會導(dǎo)致熱油無法均勻降低零件熱量，導(dǎo)致零件內(nèi)部應(yīng)力增加，溫度不均勻?qū)桑慵?nèi)部斷裂或者變形增大。因此在保證模具硬度前應(yīng)盡可能采用預(yù)熱的方式，通過分級冷卻淬火就能相應(yīng)的減少模具變形的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力。

3.4零件分布結(jié)構(gòu)要合理

金屬熱處理之后再冷卻的過程中，一般而言金屬零件都會產(chǎn)生熱傳遞，薄的部分將會傳熱量較快，厚的部分傳遞的熱量較慢。在生產(chǎn)工藝?yán)鋮s環(huán)節(jié)中，應(yīng)當(dāng)盡可能的了解當(dāng)前生產(chǎn)的需求，盡可能減少工件的厚薄懸殊。要求零件的橫截面保持均勻。以減少整個過渡區(qū)的應(yīng)力因為熱量分布的不均勻產(chǎn)生的畸變與開裂。工件如果有薄厚變化的，應(yīng)當(dāng)通過薄的部分持續(xù)加熱，而厚的部分適當(dāng)降低溫度，讓雙方溫度保持大致一致，然后再逐級進行溫度遞減，保證溫度的一致性。為了保證工件的穩(wěn)定和安全，工件應(yīng)當(dāng)避免尖銳棱角、溝槽等。在工件的厚薄交界處、臺階處要有圓角過渡；盡量減少工件上的孔、槽筋結(jié)構(gòu)不對稱；厚度不均勻零件采用預(yù)留加工量的方法。

3.5合理的裝夾方式及夾具

工件的制作過程中裝夾和夾具的使用也需要注意加熱冷卻均勻，防止熱應(yīng)力、組織應(yīng)力不均勻?qū)е庐a(chǎn)品變形而損壞產(chǎn)品。在此種方式上，可以通過改變整個裝夾的方式、盤類零件與油面零件相互垂直，軸類零件立裝，使用補償墊圈，支承墊圈，疊加墊圈等，花鍵孔零件可用滲碳心軸等。

3.6機械加工

當(dāng)熱處理是工件加工過程的最后工序時，處理熱量的畸變在允許值中應(yīng)當(dāng)滿足于圖樣上的規(guī)定工件尺寸，而畸變量是工件繪制圖上的加工尺寸而確定的。因此工件的畸變規(guī)律在進行預(yù)先修正和調(diào)整，防止在畸變過程中，工件由于畸變過大而導(dǎo)致的尺寸發(fā)生巨大變化。

熱處理的畸變在工件運行的合理范圍內(nèi)，通過可以通過計算而定，計算的公式應(yīng)為:熱處理前的加工余量應(yīng)視為機加工余量和熱處理畸變量之和。由于熱處理存在的影響因素較多，在確定畸變量時，不能將整個變量定死，要留有一定的變量空間來保證加工過程中其他因素產(chǎn)生的畸變量。熱處理后在進行加工，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。

4結(jié)束語

熱處理是處理整個零件的性能的主要方式，通過加強熱工件的強度和硬度，通過化學(xué)、物理等方式進行改造，減少工件變形，增加工件的性能。我國當(dāng)前在處理工藝依然存在著大量的不足，因此我們需要不斷學(xué)習(xí)國外先進的科學(xué)技術(shù)，同時通過自我研發(fā)、自我創(chuàng)新的技術(shù)能力提升，在創(chuàng)建高熱處理工件的質(zhì)量和合格率，為我國熱處理工業(yè)做出自己的貢獻。

參考文獻

[1]合金鋼.合金鋼[M].北京:機械工業(yè)出版社，1997.

[2]姚璐年.鋼的特處理裂紋和變形[M].北京：機械工業(yè)出版社，1987.