热处理变形控制及校正方法在实际生产中的应用

内容提要

在热处理过程中，工件变形是一种不可避免的现象。变形量保持在一定的要求范围内不影响工件的使用，但变形过大、以至于超出公差要求范围则工件报废，不能使用，造成浪费。

本文通过对多年实际操作经验的总结，从理论上阐述了工件热处理产生变形的原因，并联系生产实际，介绍了在热处理各个环节中产生变形的因素并极具针对性的介绍了控制各种产生变形的因素，诸如：分级淬火、等温淬火、预冷淬火等热处理控制变形方法及其他确实有效的变形控制方法。并以实际生产中的产品为例，对比证明了相关控制并减小热处理变形的方法。以及实际生产过程中，在产生较大变形的情况下，针对不同的产品特性所采取的校型方法。

1、热处理变形产生的原理及危害

工件淬火中引起的变形（宏观或微观）是操作中一种常见庛病，碳素钢薄板类工件在淬火前采用综合工艺可以在不同程度控制变形，对于模具钢、高速钢、量具钢可以结合分级淬火、等温淬火、预冷淬火减小变形量。

热处理的各个环节，都存在导致产生变形的因素。物体的“热胀冷缩”是众所周知的一种现象，钢材同样也是如此，淬火时当高温工件放入淬火冷却剂时，遇冷工件必然会产生收缩。工件截面上各部分的冷却是有先后的，因此各部分发生收缩也就有了先后，工件表面先冷却、先发生收缩，工件中心后冷却，还没有发生收缩。这样表面的收缩就必然要受到中心部分的牵制。这种由于工件表里热胀冷缩的不一致（即有温差）而造成的内应力称热应力。钢在淬火冷却过程中还要发生奥氏体向马氏体组织的转变过程，由于奥氏体的比容较马氏体小得多，所以在奥氏体向马氏体转变的同时，也就伴随着发生体积的膨胀。由于工件截面上各部分的冷却速度不一致，因此发生组织的转变和体积的膨胀也就不一致。工件表面先冷到Ms点，先发生转变和膨胀，而此时中心部分却尚未（或正在）开始发生转变和膨胀，这样表面的体积必然要受到中心部分的约束。这种由于工件表里组织转变的不一致而造成的内应力称组织应力。对每一个淬火工件来讲，既有热应力，又有组织应力，问题在于这两种应力综合的结果如何。当这两种应力的综合结果超过了钢材的屈服强度（δs）时，则引起变形，当这两种内应力综合的结果超过了钢材的强度极限（δb）时，则将引起钢材发生开裂的危险。

2、变形的控制方法

2.1 热处理过程中控制变形的方法

2.1.1 加热控制法

2.1.1.1 对于形状复杂的重要零件及薄板件或工具，可在加热淬火前进行一次或两次预热，这样可以减少工件表里的温差所造成的热应力。

2.1.1.2 在保证硬度的前提下选正常淬火温度下限和采用冷却能力较为缓慢的淬火冷却剂。

2.1.1.3 在可能条件下，最好采用分级淬火或等温淬火法。此外，预冷淬火和双液淬火法也是减小工件淬火应力和变形的一效方法。

2.1.2 冷却控制法

对于厚薄不对称、孔洞不对称，存在直角、尖角、盲孔等，加热前可以局部绑扎或填堵孔洞，冷却时可采用局部预冷或分先后次序冷却的方法，还可以通过控制冷却温度，调节残余奥氏体量达到微变形的效果。

2.1.3 淬火操作控制方法

2.1.

3.1 细长工件（钻头、长大铣刀、扣箱锥）或薄而平的工件应十分垂直地浸入，以防弯曲。

2.1.

3.2 薄壁环状工件（如圆环、套圈）应轴向垂直浸入淬火冷却剂中。

2.1.

3.3 厚薄不均的零件，要有选择地将零件的某一部位先预冷或先淬入介质中，以尽可能使零件整体各个方向上的冷却速度均匀。

2.2 热处理前控制变形的方法

2.2.1消除应力控制法

工件从毛坯制造开始，经多道工序后，存在复杂的加工应力，如果将较大的加工残余应力带入热处理的加热过程，零件热处理后产生的变形量，很可能会超过预留给热处理工序的加工余量。

2.2.2 装炉方式控制法

细长轴、条状、薄板类零件，宜垂直吊挂在加热炉中加热（去应力、加热过程、淬火过程、回火过程）不宜在箱式炉中平放或斜放，齿轮经渗碳或碳氮共渗后的淬火，必须使用专用淬火压床或专用夹具，以防止产生翘曲变形。

3、生产中应用控制变形方法的实例

3.1 45#钢垫板380*260*5（mm）淬火变形的控制

产品图纸见图3-1，采用多种热处理方式进行对比试验，具体工艺参数见表3-1。

图3-1 45#钢垫板380*260*5（mm）表3-1 45#钢垫板380*260*5（mm）热处理工艺参数对比

注：回火后用80～100℃的5～10%碳酸钠水溶液洗涤工件，时间为30分钟，然后在防锈槽浸入5分钟后取出。

工艺标准㈠采用油淬，变形量能达到标准，但硬度不合格。

工艺标准㈡采用亚温盐水淬，硬度能达到标准，但成扭曲变形，回火热校直所用时间30分钟，变形量为0.8mm，达不到标准、耗时、效率低。

采用自设标准：变形量均小于0.3mm，硬度均匀，正好在HRC48～50之间，共18块垫板，交验100%合格，这种方法节约时间，提高效率，降低劳动强度，切实可行。

3.2 65Mn 样板体淬火变形的控制

图3-2 65Mn样板体

产品图纸见图3-2，采用多种热处理方式进行对比试验，具体工艺参数见表3-2。

表3-2 65Mn 热处理工艺参数对比

采用表3-2工艺标准（一）淬火后工件变形，由于65Mn材质淬火后校型困难，变形问题比较棘手。采用自设标准：因65Mn淬透性比碳钢高，脱碳倾向小，然而过热敏感性较大，锰又使Ac1、Ac3降低，所以加热温度，保温时间要注意，故中温盐温度改为800℃，保温5分钟，其余数据同表3-2。共20块供外样板体硬度、变形量均100%达到标准。

3.3 T10 样板淬火变形的控制

图3-3 样板体

产品图纸见图3-3，采用多种热处理方式进行对比试验，具体工艺参数见表3-3。

表3-3 T10 样板热处理参数对比