5机床与液压620061N o 112
#251#
减小和控制热处理变形的有效措施
鲁绪芝, 赖惠芬
1
2
(11重庆广播电视大学, 重庆400052; 21中国计量学院, 杭州310018)
摘要:在实际生产中, 由于热处理产生的变形, 对后续工序的影响是至关重要的, 有些贵重材料和一些机器中的重要零部件, 因变形过大而导致报废。为减小和控制热处理变形, 笔者从选用钢材、合理设计工件形状、制定必要的预先热处理、制订合理的热处理工艺、正确的热处理操作方法等方面提出了有效措施。通过这些措施, 使热处理的变形得到有效的控制。
关键词:减小变形; 控制变形; 热处理
中图分类号:TG 162 文献标识码:B 文章编号:
1001-3881(2006) 12-251-2
The Effective M easures to Reduce and Control H eat Treat m ent D istortion
LU Xuzh i , LA I H u ifen
1
2
(11Chongq i n g R adio and Telev isi o n U niversity , Chongqing 400052, Ch i n a ;
21China Jiliang Un iversity , H angzhou 310018, Ch i n a)
Abstrac t :So m e i m po rtant m achi ne co m ponents and va l uab l e m a terials s hould produce terr i ble defo r m ati on because of the heat
treat ment distorti on , and it shou l d result i n the waste ofm aterial 1In order to reduce and contro l the distorti on , som e e ffecti ve m easures w as put for w ard f o r m the cho ice of m ateria, l the desi gn of the shape o f w orkpieces , process and techn i que 1
K eyword s :R educing d i storti on ; Con tro l dist o rti on ; H ea t treat m ent
the se l ecti ng o f reasonable heat pretreat m ent
0 引言
钢件在热处理过程中由于钢中组织转变时比容变化所造成的体积膨胀, 以及热处理所引起的塑性变形, 使钢件体积及形状发生不同程度改变。变形是指零件在热处理时引起的形状和尺寸偏差, 变形是热处
理较难解决的问题, 要完全不变形是不可能的, 一般是把变形量控制在一定范围内。在实践生产中经常会遇到这种情况。热处理变形是热处理过程中的主要缺陷之一, 对于一些精密零件和工具、模具, 常常会因为热处理变形超差而报废。
(2) 比容变形
在热处理过程中, 各种相结构的组织比容不同, 在相变时发生的体积和尺寸变化为比容变形。比容变形一般只与奥氏体中碳和金元素的含量、游离相碳化物、铁素体的多少、淬火前后组织比容变化差和残余奥氏体的多少和钢的淬透性等因素有关。
2 减小和控制热处理变形的有效措施
减小和控制热处理变形, 并能采取有效的控制措施, 这是机械行业的人士十分关注的问题, 经过长期的实践和摸索, 我们在实践中总结出了一些有效方
法, 现介绍如下。
要减小和控制热处理变形, 不能单从热处理过程中寻求解决, 必须从工件的设计、材料的选择入手, 冷热加工密切配合, 才能取得比较理想的效果。
(1) 正确选用钢材
由于钢材的化学成分不同, 就会对热处理变形呈不同的敏感性, 因而要注意材料的正确选择。对于形状复杂、截面悬殊的工件, 应尽可能选用淬透性高的合金钢, 如40Cr 、5Cr M n M o 等, 以便能在缓冷介质油中进行淬火, 对于形状复杂且精度要求高的模具或量具, 一定要选用微变形模具钢, 如C r W M n 、Cr12M o V 等。
(2) 合理设计工件形状
合理设计工件形状, 对减小和控制热处理变形非, , 1 热处理变形的原因
在生产实际中, 热处理变形的表现形式多种多
样, 有体积和尺寸的增大和收缩变形, 也有弯曲、歪扭、翘曲等变形, 就其产生的根源来说, 可分为内应力造成的应力塑性变形和比容变化引起的体积变形两大类。
(1) 内应力塑性变形
热处理过程中加热冷却的不均匀和相变的不等时性, 都会产生内应力, 在一定塑性条件的配合下, 就会产生内应力塑性变形。在加热和冷却过程中, 零件的内外层加热和冷却速度不同造成各处温度不一致, 致使热胀冷缩的程度不同, 这样产生的应力变形叫热应力塑性变形。在加热和冷却过程中, 零件的内部组织转变而发生的时间不同, 这样产生的应力变形叫组
#252#
太长、太细、太薄、尖角等截面相差悬殊的部分出现。在技术要求方面, 硬度值应取下限。在工艺流程中力求冷热加工密切配合, 对一些易变形的工件在设计时应采取必要的措施, 如适当增加工艺孔和加工余量; 一些工件薄弱部分淬火前可以从结构上给以加强, 淬火后再加工到所需尺寸; 对易变形和形状不规则工件, 应尽量在淬火前留筋, 淬火后再切开。
(3) 进行必要的预先热处理
最终热处理前的金相组织对最终热处理变形关系甚大, 因此对形状复杂、要求高、易产生变形的工件需要进行必要的预先热处理, 以消除网状碳化物和粗大晶粒, 通常采用正火(低碳钢类), 球化退火(高碳钢类) 和调质(要求高的结构件) 。
(4) 制订合理的热处理工艺
¹控制加热速度。为了减小加热时的温差和热应力, 应采用比较缓慢的加热速度, 并采用一次或二至三次预热, 特别是在500~600e 范围内, 要缓慢加热, 因为这时材料由弹性变形转为塑性变形, 是影响变形最大的温度区域。
º选择加热温度。在保证机械性能的前提下, 尽量将淬火温度控制在下限并适当缩短保温时间, 从而减小温差引起的热应力, 且所得奥氏体晶粒细小, 其塑性变形抗力较大, 这都有利于减小变形。
»采用合理的淬火方式。淬火方式和冷却介质的选择对减小和控制热处理变形具有很大作用, 由于在这个过程中, 不仅出现热应力, 而且还出现组织应力, 因此必须十分慎重, 其目的是使工件在马氏体能转变之前尽量使前部分温度均匀, 在马氏体转变过程中力求缓冷, 减小工件各部分转变的不同时性, 从而实现减小组织应力造成的变形, 采用的方法有:
a 1预冷淬火。将奥氏体化后的工件, 先预冷一段时间, 使各部分温差减小, 在技术条件允许时, 令其易变形部分如最薄的截面或棱角处产生部分非马氏体组织, 然后再全部淬火。
b 1双重冷却淬火。当单一介质不能同时满足工件淬火变形及组织要求时, 采用先后在两种介质中进行冷却的方法, 如油) ) ) 空气, 鼓风) ) ) 喷雾等等。
c 1分级淬火。将奥氏体化后的工件, 首先淬入温度较低的分级盐浴中停留一段时间, 使工件表面与心部温差减小; 再取出空冷, 使工件在缓慢冷速下进行马氏体相变。
d 1等温淬火。将奥氏体化后的工件淬入温度
e 1喷射淬火。对于仅要求某一局部硬化的零件, 5机床与液压620061N o 112
液装置上使其某一局部在流动的液体中急冷, 而其余部分在空气中冷却。
f 1充分回火。对于易变形的复杂工件, 大截面高合金钢淬火后必须及时回火, 选择适当的回火温度, 并保证回火要充分。在回火过程中, 利用回火加热消除变形应力。
(5) 正确掌握热处理操作方法
为了减小和控制热处理变形还必须正确掌握热处理操作方法、淬火时要做到:¹长轴类(丝锥、轴等) 垂直淬入, 上下移动; º薄壁环状工件, 应轴向垂直淬入。»对厚薄不均工件, 应将厚的部分先淬入。¼对带孔和凹面工件, 应将盲孔和凹面朝上淬入, 以利气泡排出。½薄片件要侧向淬入, 工件薄刃或尖角处, 淬入前要预冷。总之, 要使工件以最小阻力淬入, 并使工件各处冷速均匀。
另外, 做好淬火前保护, 如把一些非工作孔用石棉绳、耐火泥堵塞, 在截面急变处用铁丝和石棉绑扎, 尖角处用铁皮套子等等, 使其冷速减慢, 减小淬火应力。
3 结束语
任何因素变化都或多或少地影响其变形度, 只有在某一特定条件下, 才表现出影响变形的主要因素和次要因素。在选择预防热处理变形的具体措施时, 应根据具体情况制定具体办法, 许多减小和控制热处理变形的有效措施均来源于实践, 要反复几次后才能探索出一些规律, 还要配合从理论上对变形基本规律的分析研究才能正确制定出来。参考文献
=1>姚禄年1钢的热处理裂纹和变形[M ]1北京:机械
工业出版社, 1987. =2>柳松青, 陈玉勇1模糊神经网络预测钢件热处理后力
学性能[J]1现代铸铁,
2004(1):
24-25.
=3>李荣1检测钢材表面缺陷的新方法[J]1上海金属, 2004(4) :49.
=4>王素, 张茂新, 李培旺1热处理的基本方法(上)
[J]1山东农机化,
2004(7):18.
=5>王荣滨1模具氮化的缺陷分析与消除措施[J]1电加工与模具, 2004(4) :43-46.
=6>邢雷, 张志波, 高艳丽, 等1探讨S T 52-3钢表面裂
纹的成因[J]1一重技术, 2004(2):
43-45.
=7>郑丽璇, 李宁, 莫华强, 等1对金属棒形工件淬火残
余应力函数的研究[J]1机械, 2004(3):43-46.
作者简介:鲁绪芝, 女, 四川宜宾人,
1964年生,
重庆广播电视大学机械副教授, 从事机械制造工艺方向教学和研究工作。电话:023-60750330, [1**********], E-m ai:l l x z6411@yahoo 1co m 1cn , l uxuz h@i cqdd 1cq 1cn 。
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5机床与液压620061N o 112
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减小和控制热处理变形的有效措施
鲁绪芝, 赖惠芬
1
2
(11重庆广播电视大学, 重庆400052; 21中国计量学院, 杭州310018)
摘要:在实际生产中, 由于热处理产生的变形, 对后续工序的影响是至关重要的, 有些贵重材料和一些机器中的重要零部件, 因变形过大而导致报废。为减小和控制热处理变形, 笔者从选用钢材、合理设计工件形状、制定必要的预先热处理、制订合理的热处理工艺、正确的热处理操作方法等方面提出了有效措施。通过这些措施, 使热处理的变形得到有效的控制。
关键词:减小变形; 控制变形; 热处理
中图分类号:TG 162 文献标识码:B 文章编号:
1001-3881(2006) 12-251-2
The Effective M easures to Reduce and Control H eat Treat m ent D istortion
LU Xuzh i , LA I H u ifen
1
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(11Chongq i n g R adio and Telev isi o n U niversity , Chongqing 400052, Ch i n a ;
21China Jiliang Un iversity , H angzhou 310018, Ch i n a)
Abstrac t :So m e i m po rtant m achi ne co m ponents and va l uab l e m a terials s hould produce terr i ble defo r m ati on because of the heat
treat ment distorti on , and it shou l d result i n the waste ofm aterial 1In order to reduce and contro l the distorti on , som e e ffecti ve m easures w as put for w ard f o r m the cho ice of m ateria, l the desi gn of the shape o f w orkpieces , process and techn i que 1
K eyword s :R educing d i storti on ; Con tro l dist o rti on ; H ea t treat m ent
the se l ecti ng o f reasonable heat pretreat m ent
0 引言
钢件在热处理过程中由于钢中组织转变时比容变化所造成的体积膨胀, 以及热处理所引起的塑性变形, 使钢件体积及形状发生不同程度改变。变形是指零件在热处理时引起的形状和尺寸偏差, 变形是热处
理较难解决的问题, 要完全不变形是不可能的, 一般是把变形量控制在一定范围内。在实践生产中经常会遇到这种情况。热处理变形是热处理过程中的主要缺陷之一, 对于一些精密零件和工具、模具, 常常会因为热处理变形超差而报废。
(2) 比容变形
在热处理过程中, 各种相结构的组织比容不同, 在相变时发生的体积和尺寸变化为比容变形。比容变形一般只与奥氏体中碳和金元素的含量、游离相碳化物、铁素体的多少、淬火前后组织比容变化差和残余奥氏体的多少和钢的淬透性等因素有关。
2 减小和控制热处理变形的有效措施
减小和控制热处理变形, 并能采取有效的控制措施, 这是机械行业的人士十分关注的问题, 经过长期的实践和摸索, 我们在实践中总结出了一些有效方
法, 现介绍如下。
要减小和控制热处理变形, 不能单从热处理过程中寻求解决, 必须从工件的设计、材料的选择入手, 冷热加工密切配合, 才能取得比较理想的效果。
(1) 正确选用钢材
由于钢材的化学成分不同, 就会对热处理变形呈不同的敏感性, 因而要注意材料的正确选择。对于形状复杂、截面悬殊的工件, 应尽可能选用淬透性高的合金钢, 如40Cr 、5Cr M n M o 等, 以便能在缓冷介质油中进行淬火, 对于形状复杂且精度要求高的模具或量具, 一定要选用微变形模具钢, 如C r W M n 、Cr12M o V 等。
(2) 合理设计工件形状
合理设计工件形状, 对减小和控制热处理变形非, , 1 热处理变形的原因
在生产实际中, 热处理变形的表现形式多种多
样, 有体积和尺寸的增大和收缩变形, 也有弯曲、歪扭、翘曲等变形, 就其产生的根源来说, 可分为内应力造成的应力塑性变形和比容变化引起的体积变形两大类。
(1) 内应力塑性变形
热处理过程中加热冷却的不均匀和相变的不等时性, 都会产生内应力, 在一定塑性条件的配合下, 就会产生内应力塑性变形。在加热和冷却过程中, 零件的内外层加热和冷却速度不同造成各处温度不一致, 致使热胀冷缩的程度不同, 这样产生的应力变形叫热应力塑性变形。在加热和冷却过程中, 零件的内部组织转变而发生的时间不同, 这样产生的应力变形叫组
#252#
太长、太细、太薄、尖角等截面相差悬殊的部分出现。在技术要求方面, 硬度值应取下限。在工艺流程中力求冷热加工密切配合, 对一些易变形的工件在设计时应采取必要的措施, 如适当增加工艺孔和加工余量; 一些工件薄弱部分淬火前可以从结构上给以加强, 淬火后再加工到所需尺寸; 对易变形和形状不规则工件, 应尽量在淬火前留筋, 淬火后再切开。
(3) 进行必要的预先热处理
最终热处理前的金相组织对最终热处理变形关系甚大, 因此对形状复杂、要求高、易产生变形的工件需要进行必要的预先热处理, 以消除网状碳化物和粗大晶粒, 通常采用正火(低碳钢类), 球化退火(高碳钢类) 和调质(要求高的结构件) 。
(4) 制订合理的热处理工艺
¹控制加热速度。为了减小加热时的温差和热应力, 应采用比较缓慢的加热速度, 并采用一次或二至三次预热, 特别是在500~600e 范围内, 要缓慢加热, 因为这时材料由弹性变形转为塑性变形, 是影响变形最大的温度区域。
º选择加热温度。在保证机械性能的前提下, 尽量将淬火温度控制在下限并适当缩短保温时间, 从而减小温差引起的热应力, 且所得奥氏体晶粒细小, 其塑性变形抗力较大, 这都有利于减小变形。
»采用合理的淬火方式。淬火方式和冷却介质的选择对减小和控制热处理变形具有很大作用, 由于在这个过程中, 不仅出现热应力, 而且还出现组织应力, 因此必须十分慎重, 其目的是使工件在马氏体能转变之前尽量使前部分温度均匀, 在马氏体转变过程中力求缓冷, 减小工件各部分转变的不同时性, 从而实现减小组织应力造成的变形, 采用的方法有:
a 1预冷淬火。将奥氏体化后的工件, 先预冷一段时间, 使各部分温差减小, 在技术条件允许时, 令其易变形部分如最薄的截面或棱角处产生部分非马氏体组织, 然后再全部淬火。
b 1双重冷却淬火。当单一介质不能同时满足工件淬火变形及组织要求时, 采用先后在两种介质中进行冷却的方法, 如油) ) ) 空气, 鼓风) ) ) 喷雾等等。
c 1分级淬火。将奥氏体化后的工件, 首先淬入温度较低的分级盐浴中停留一段时间, 使工件表面与心部温差减小; 再取出空冷, 使工件在缓慢冷速下进行马氏体相变。
d 1等温淬火。将奥氏体化后的工件淬入温度
e 1喷射淬火。对于仅要求某一局部硬化的零件, 5机床与液压620061N o 112
液装置上使其某一局部在流动的液体中急冷, 而其余部分在空气中冷却。
f 1充分回火。对于易变形的复杂工件, 大截面高合金钢淬火后必须及时回火, 选择适当的回火温度, 并保证回火要充分。在回火过程中, 利用回火加热消除变形应力。
(5) 正确掌握热处理操作方法
为了减小和控制热处理变形还必须正确掌握热处理操作方法、淬火时要做到:¹长轴类(丝锥、轴等) 垂直淬入, 上下移动; º薄壁环状工件, 应轴向垂直淬入。»对厚薄不均工件, 应将厚的部分先淬入。¼对带孔和凹面工件, 应将盲孔和凹面朝上淬入, 以利气泡排出。½薄片件要侧向淬入, 工件薄刃或尖角处, 淬入前要预冷。总之, 要使工件以最小阻力淬入, 并使工件各处冷速均匀。
另外, 做好淬火前保护, 如把一些非工作孔用石棉绳、耐火泥堵塞, 在截面急变处用铁丝和石棉绑扎, 尖角处用铁皮套子等等, 使其冷速减慢, 减小淬火应力。
3 结束语
任何因素变化都或多或少地影响其变形度, 只有在某一特定条件下, 才表现出影响变形的主要因素和次要因素。在选择预防热处理变形的具体措施时, 应根据具体情况制定具体办法, 许多减小和控制热处理变形的有效措施均来源于实践, 要反复几次后才能探索出一些规律, 还要配合从理论上对变形基本规律的分析研究才能正确制定出来。参考文献
=1>姚禄年1钢的热处理裂纹和变形[M ]1北京:机械
工业出版社, 1987. =2>柳松青, 陈玉勇1模糊神经网络预测钢件热处理后力
学性能[J]1现代铸铁,
2004(1):
24-25.
=3>李荣1检测钢材表面缺陷的新方法[J]1上海金属, 2004(4) :49.
=4>王素, 张茂新, 李培旺1热处理的基本方法(上)
[J]1山东农机化,
2004(7):18.
=5>王荣滨1模具氮化的缺陷分析与消除措施[J]1电加工与模具, 2004(4) :43-46.
=6>邢雷, 张志波, 高艳丽, 等1探讨S T 52-3钢表面裂
纹的成因[J]1一重技术, 2004(2):
43-45.
=7>郑丽璇, 李宁, 莫华强, 等1对金属棒形工件淬火残
余应力函数的研究[J]1机械, 2004(3):43-46.
作者简介:鲁绪芝, 女, 四川宜宾人,
1964年生,
重庆广播电视大学机械副教授, 从事机械制造工艺方向教学和研究工作。电话:023-60750330, [1**********], E-m ai:l l x z6411@yahoo 1co m 1cn , l uxuz h@i cqdd 1cq 1cn 。
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