热处理工艺参数对热处理变形的影响

热处理工艺参数对热处理变形的影响
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,本文主要讨论其它工艺参数的影响。

一、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的温度梯度的情况。

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钢工件,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沪淬火强化时,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阻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,相应地减小了淬火后的体积变化效应,这也有利于减小淬火变形。

二、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。

三、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。

(150长*100宽*50高)的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,减小冷却速度从而减小心部的马氏体相对量又能使胀大减小。

淬火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题下,应尽量减小淬火冷却速度。

四、时效与冷处理对热处理变形的影响
对于精密零件和测量工具,为了在长期使用过程中,保持精度和尺寸稳定,往往需要进行冷处理和回火,以便使其组织更加稳定,因此,了解回火工艺和冷处理对工件在时效过程中的变形规律,对于提高这类工件的热处理质量有重要意义。

冷处理使残余奥氏体转变为马氏体导致体积膨胀;低温回火和时效一方面促使∈-碳化物析出和马氏体分解使体积收缩,另一方面引起一定程度的应力松驰导致工件产生形状畸变。

钢的化学成分,回火温度和时效温度是影响时效过程中工作变形的主要因素。