影响淬火热处理变形的主要因素

生显微裂纹。
２．２ 钢的淬透性对零件淬火热处理变形的影响
钢的淬透性是指在规定条件下，决定钢材淬硬深度和硬度分
布的特征。它是反映钢在淬火时，奥氏体转变为马氏体的难易程
度。钢的淬透性与钢的临界冷却速度有密切的关系，临界冷却速
度越底，钢的淬透性越好，降低临界冷却速度的主要因素是钢的
化学成分，例如合金钢的淬透性比碳钢好。淬透性好的钢，在淬火
２ 影响淬火热处理变形的主要因素
在实际生产中，影响淬火热处理变形的因素有很多，其中主 要包括钢的原始组织、含碳量、零件尺寸和形状、淬火介质的选 择、淬火工艺、钢的淬透性等。 ２．１ 钢中的含碳量对零件淬火热处理变形的影响（见图 １）
图 １ 马氏体中含碳量对形成显微裂纹敏感度的影响
由图 １ 可见，形成显微裂纹敏感度随马氏体中碳含量增高
（３）严重时可产生弹响，即当患指活动时，肌位通过狭窄部位
此，建议采用能满足理想的车把高度的车把，即保证肘部成 ９０ 度 的腱鞘而发出“咯喀”声。这种情况的腱鞘炎，又名“弹响指”＂。当
角，上臂与手在一条直线上。
手触及硬结处，活动患指，这种弹响感觉更为清楚，有时并能看到
车把的长度也因该略长于手掌的长度，以满足人戴手套汽车 患指有弹跳现象。有的患指屈而不能伸或伸而不能屈，需用住手
部处于尺偏或过度屈伸状态。
木和拇指肌肉无力感、感觉异常， 持物无力， 以中指为著。当腕管
方法四：刹车与车把间距设计在 ７—８ｃｍ，使刹车保持适当的 内有炎症时， 腕关节可有轻微肿胀及压疼， 有时疼痛可牵涉到前
灵活性，并且车把手柄套由橡胶或海绵制成，上面设计有防滑的 臂， 夜间或清晨症状最重， 适当活动手腕后症状可以减轻。屈肘、
增大。当钢中碳含量大于 １．４％时，形成显微裂纹敏感度反而减
小。因为钢中碳含量大于 １．４％时马氏体的形态改变了，片变得厚
而短，马氏体片之间的夹角变小，撞击机会和应力都有所减小。因
此，高碳钢过热淬火容易开裂，是因为奥氏体晶粒粗大和马氏体
碳含量过高而引起形成显微裂纹敏感度增大的缘故。为防止变形
和开裂，过共析钢通常采用不完全淬火获得隐晶马氏体，不易产
相关原理进行。这样无疑可以使广大设计者更快捷、更准确的把
而据调查显示，女性的发病几率比男性高 ３ 倍，因为女性手
握人机适配性，判断出所设计的产品或系统是否与使用者适配， 腕通常比男性小，腕部正中神经容易受到压迫。此外，怀孕妇女、
达到满足人的需求的设计目的。
风湿性关节炎患者和糖尿病、高血压、甲状腺功能失调的人得此
的需要。
帮助才能屈伸运动，这种情况称闭锁现象。
２．６ 刹车与车把的距离不合适
在腕部的桡侧（即大拇指一侧）有一个骨性隆起，称为桡骨茎
实验表明，当人手对某物体使握力时，间距 ７—８ｃｍ 左右握 突。其上有一个腱鞘，鞘内有两根肌腱（拇短伸肌腱与拇长展肌
力最大。若刹车与车把的距离不合适，会影响人骑车时能否及时 腱）通过。由于拇指和腕部活动较多，该处腱鞘也常发炎；即称为
冷却时可采用比较缓和的淬火介质，减少工件淬火的变形及开裂
倾向。因此，对于重要的、形状复杂的、大截面的零件应选择淬透
性好的合金钢，经淬火及回火处理，既能获得所需要的力学性能，
又能减少变形及开裂。
２．３ 钢的原始组织对零件淬火变形的影响
零件淬火前的组织状态对零件的淬火质量有很大影响，如碳
素工具钢、合金工具钢、轴承钢等，这些钢在锻造加工以后，必须
形状的突起，或者有防滑的条纹。
然后将拳被动地向小指侧倾斜，若在绕骨茎突处产生疼痛，表示
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３ 整体修改方案
有腱鞘炎存在。 腕道综合症：
方法一：设计车座较低的自行车，使车座低于车把。保持人脊
腕管是由腕横韧带与腕骨沟共同围成的纤维性隧道，保护着
柱接近自然状态，减轻背部肌肉张力，使腰椎间盘受力均匀。
手腕的正中神经。一般，手腕在正常情况下活动不会妨碍正中神
凹槽。
前臂上举， 双腕同时屈曲 ９０ 度， １ 分钟内， 患侧会诱发正中神经
４ 结语
刺激症状，阳性率达 ７０％。早期的表现为：手指和腕关节疲惫麻 木，有的关节活动时还会发出轻微的响声，类似于平常所说的“缩
在对产品或系统进行设计时，可使设计者借助于人因工程学 窄性腱鞘炎”症状，但其累及的关节比腱鞘炎要多。
根据碳钢的等温转变图可知，为了抑制非马氏体转变的产
生，在 ｃ 曲线“鼻子”附近 （５ ５０ ℃左右） 需要快冷，而在
６ ５ ０ ℃以上或 ４ ０ ０ ℃以下温度范围，并不需要快冷，特别在
Ｍｓ 线附近发生马氏体转变时需要缓慢冷却，为使马氏体转变时
产生的热应力和组织应力最小，以防止淬火变形和开裂。因此，钢
图２
在 ４００℃以下需要漫冷的区间，水的冷却速度大增，大约 ３００℃达
到最大值 ８００℃／ｓ，使零件淬火变形及开裂倾向最大。一般情况下
碳钢常采用淬火烈度大的水或水溶液作为淬火介质；而合金钢一
般用油作为淬火介质。因此，选择淬火介质的正确原则是，在保证
淬硬的前提下，尽量选择淬火烈度小的淬火介质，以减小淬火变
（上接 ５１ 页）生。 ２．６ 淬火方法对零件淬火变形的影响
为了使淬火时最大限度地减少变形和避免开裂，除了正确地 进行加热及合理选择淬火介质外，还应根据工件的成分、尺寸、形 状和技术要求选择合适的淬火方法。例如：双介质淬火、马氏体分 级淬火、贝氏体等温淬火、强烈淬火等。双介质淬火的内应力小， 变形及开裂少，所以主要应用于碳素工具钢制造的易开裂的工 件，如丝锥等；贝氏体等温淬火可以显著地减少淬火应力和淬火 变形，并能基本上避免工件的淬火开裂，因此，各种形状复杂的模
方法二：设计有靠背、坐垫宽大柔软座位的自行车，减轻人腰 经。
部负荷。
腕管综合症，是指人体的正中神经在进入手掌部的经络中，
方法三：设计平直式车把的自行车，在满足人坐姿接近自然 由于局部的反复摩擦，使周围神经受到损伤或压迫，导致神经传
状态的条件下，肘部成 ９０ 度，上臂与手成一条直线，避免人手腕 导被阻断，受到压迫所产生的症候，主要会导致食指中指疼痛、麻
１ 零件热处理变形原因分析
１．１ 热应力引起的变形 钢件在加热和冷却过程中，将发生热胀冷缩的体积变化以及
因组织转变时新旧相比容差而产生的体积改变。零件加热到淬火 温度时，屈服强度明显降低，塑性则大大提高。当应力超过屈服强 度时，就会产生塑性变形，如果造成应力集中，并超过了材料的强 度极限，就会使零件淬裂。导热性很差的高碳合金钢，如合金模具 钢 Ｃｒ１２ＭｏＶ、高速钢 Ｗ１８Ｃｒ４Ｖ 之类的工具钢，淬火加热温度很 高，如不采用多次预热和缓慢加热，不但会造成零件变形，而且会 导致零件开裂而报废。此外，铸钢件和锻件毛坯，如果表层存在着 一层脱碳层，由于表层和心部导热性能不同，在淬火加热较快时， 也会产生热应力而引起变形。冷却时由于温差大，热应力是造成 零件变形的主要原因。 １．２ 组织应力引起的变形
以往可能导致腕部肌腱腱鞘发炎。
手在活动时，肌腱即在腱鞘内滑动，部分腱鞘即因这种摩擦
在骑弯把自行车时（见图 ４），人的手臂与手成 ９０ 度，手腕处 而逐渐增厚，狭窄、结果该肌腱运动就发生障碍，局部也产生疼
于紧张状态，过度屈伸，有可能会导致腕道综合症。
痛。这种情况称为腱鞘炎，又叫狭窄性腱鞘炎。
屈肌腱鞘炎，最常见的部位是各指屈肌腱鞘的起端，即相当
的理想淬火冷却速度如图 ２ 所示：
一般认为， 淬火介质 ３００℃时的
冷却速度对变形的影响是关键的，应
根据钢的淬透性、零件截面尺寸和表
面粗糙度，合理选用淬火介质。常用
的淬火介质有水、油、以及盐类水溶
液、熔盐、空气等。水的冷却特性不理
想，在要求快冷区间 ６５０—４００℃时，
水的冷却速度很小，大约 ２００℃／ｓ，而
形及开裂。
２．５ 零件的几何形状对零件淬火变形的影响
从热处理工艺角度出发，零件设计最好采用对称结构，尽量
避免尖角，要求截面过渡均匀。必要时可开工艺用槽。如镗杆上开
有两条对称的槽，其中一条是为减小热处理变形而设计的。形状
较复杂的零件，如零件的尖角处，由于应力集中，更容易产生淬火
裂纹。因此，必须合理选择材料，避免淬火裂纹产（下转 ４９ 页）
体积的变化往往与加热和冷却有关，因为它和钢的膨胀系数 相关。比容的变化导致零件尺寸和形状的变化。组织应力的产生 起源于体积的收缩和膨胀，没有体积的膨胀，就没有组织转变的 不等时性，也就没有组织应力引起的变形，导致热处理变形的内 应力是热应力和组织应力共同作用形成的复合应力，热应力和组 织应力综合作用的结果是不定的，可能因冷却条件及淬火温度的 不同而产生不同情况，淬火应力是由急冷急热应力及由组织转变 不同时所引起的应力综合构成的。
２００６ 年（第 ３５ 卷）第 ５ 期
工业科技
甘肃科技纵横
影响淬火热处理变形的主要因素
李爱英
（兰州市经济管理干部学校，甘肃 兰州 ７３００３０）
摘要： 分析零件淬火变形的主要因素及控制热处理变形、提 高零件热处理质量的方法。
关键词：热处理 淬火 变形
淬火是将钢件加热到临界温度以上，保温适当的时间，然后以 大于临界冷却速度冷却，获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺， 它是强化钢材的最重要的热处理方法。大量重要的机器零件及各 类刀具、刃具、量具等都离不开淬火处理。需要淬火的工件，经过 加热后，便放到一定的淬火介质中快速冷却。但冷却过快，工件的 体积收缩及组织转变都很剧烈，从而不可避免地引起很大的内应 力，容易造成工件变形及开裂。由于淬火变形影响因素非常复杂， 导致变形控制十分棘手。而采用校直办法纠正变形或通过加大磨 削加工余量，都会增加成本，因此研究钢件淬火热处理变形的影 响因素，提出防止变形的措施是提高产品质量、延长零部件使用 寿命、提高经济效益的重要课题。
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２００６ 年（第 ３５ 卷）第 ５ 期
工业科技
甘肃科技纵横
托车的座椅，更加宽大、更加软厚、对使用者来说更加舒适。
腱鞘炎
２．５ 车把不方便握
有些肌腱的外边包着一层由纤维组织构成的套子，称为腱
例如（见图 ３），在骑自行车时，双手手腕处于尺偏状态，长此 鞘。它的功能是便于肌腱的滑动和使手指正常地屈伸。
具、成形刀具采用贝氏体等温淬火；强烈淬火技术是采用高速搅 拌或高压喷淬使试件在马氏体转变区域进行快速而均匀的冷却， 在试件整个表面形成一个均匀的具有较高压应力的硬壳，避免了 常规淬火在马氏体转变区域进行快速冷却而产生畸变过大和开 裂的问题。
参考文献：
病的机会也比一般人要大。
【１】 杨勤．人机系统适配设计的预测模型研究【Ｍ】．北京：万国学术出版
对于早期症状较轻的患者来说，休息是最重要的治疗手段，
社，２０００．
必要时可用石膏托将手腕固定，病情严重者，则需要施行手术治
【２】 吴小勇．让技术人性化的科学 － 人机工程学【ＥＢ／ ＯＬ】． ｈｔｔｐ：＼ ＼ ｓｍａｒｔ－ 疗。如果长期置之不理， 可能会导致神经受损、严重功能障碍。
于远侧掌纹处。最常见于拇、食、中三指的屈肌腱腱鞘，发生在无
多指、小指者较少。发病后患者感到：
（１）患指屈伸障碍，尤以晨间为明显，多活动患指即好转。
（２）局部有压痛和硬结，按压患指的掌指关节屈面时，即产生
图３
图４
压痛，并可触及硬结。硬结就是健鞘增厚的部分。
应该尽量避免手腕处于非顺直或过度屈伸的工作状态。因
ｐａｃｋｅｒ．ｎｅｔ／ ｅｒｇｏｄｅｓｋ／ ｎｅｗｐａｇｅ２１．ｈｔｍ，２００１－ ０５－ ０６．
预防此病，自我护理是较为有效的方法。平时要养成良好的
【３】 丁玉兰．人机工程学【Ｍ】．北京：北京理工大学出版社，１９９７．
坐姿，不论工作还是休息，都应注意手和手腕的姿势。
附注：
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
地刹车，与人身安全相关。建议采用距离恰当的刹车，刹车的灵活 桡骨茎突腱鞘炎。发病后患者感到：
性也要适当。
（１）在桡骨茎突处有疼痛和肿胀。
２．７ 手柄握起来舒适度较差
（２）拇指活动不便，以晨间为明显，偶尔有弹响。检查时桡骨
把手手柄，应采用较柔软的材料制成，或者设计有符合人手 茎突处压痛明显，有时可扪及硬结，叫患者握拳拇指屈于手掌内，
进行球化退火，将片状珠光体变为球状珠光体，在淬火加热时，奥
氏体晶粒不易长大，冷却时工件的变形和开裂倾向小。另外偏析
现象和网状组织，对淬火后工件的变形、特别是对细长轴的弯曲
变形影响很大。材料的本质晶粒度越细，屈服强度越高，对变形的
抗力越大，工件淬火后的变形量就相应减小。
２．４ 淬火介质对零件淬火热处理变形的影响