热处理能改善工件的机械机能,进步工件的强度和硬度,但引起的变形影响是不可避免的。为了避免我们尽可能的去减少金属热处理后发生变形,以下两大因素可以减少金属热处理变形。
第一、温度是变形的枢纽因素
产业上实际应用的热处理工艺形式非常多,但是它们的基本过程都是热作用过程,都是由加热、保温顺冷却三个阶段组成的。整个工艺过程都可以用加热速度、加热温度、保温时间、冷却速度以及热处理周期等几个参数来描述。在热处理工艺中,要用到各种加热炉,金属热处理便在这些加热炉中进行(如基本热处理中的退火、淬火、回火、化学热处理的渗碳、渗氨、渗铝、渗铬或去氢、去氧等等)。因此,加热炉内的温度丈量就成为热处理的重要工艺参数丈量。每一种热处理工艺规范中,温度是很重要的内容。假如温度丈量不正确,热处理工艺规范就得不到准确的执行,以至造成产品质量下降甚至报废。温度的丈量与控制是热处理工艺的枢纽,也是影响变形的枢纽因素。
1、工艺温度降低后工件的高温强度损失相对减少,塑性抗力增强。这样工件的抗应力变形、抗淬火变形、抗高温蠕变的综合能力增强,变形就会减少;
2、工艺温度降低后工件加热、冷却的温度区间减少,由此而引起的各部位温度不一致性也会降低,由此而导致的热应力和组织应力也相对减少,这样变形就会减少;
3、假如工艺温降低、且热处理工艺时间缩短,则工件的高温蠕变时间减少,变形也会减少。减小热处理变形需要公道的热处理工艺。例如经热处理后的20CRNI2MOA钢齿圈齿表面、齿心部硬度及有效硬化层深度均达到要求。图1为模数MN=12MM的齿圈经不同温度球化退火后的硬度梯度曲线。由图1可以看出,在650℃球化退火后的硬度梯度和740℃球化+680℃等温处理的硬度梯度结果相近,未经球化退火的齿轮的硬度较前两个低。这是由于球化退火可使淬火后渗层表面残留奥氏体量减少,从而进步了齿表面硬度,因此20CRNI2MOA钢齿圈渗碳后应采用球化退火工艺,同时为减小热处理变形,在650℃球化退火效果更好。
第二、变形的其它影响因素及减小措施
1、准备热处理
正火硬渡过高、混晶、大量索氏体或魏氏组织都会使内孔变形增大,所以要用控温正火或等温退火来处理锻件。金属的正火、退火以及在进行淬火之前的调质,都会对金属终极的变形量产生一定的影响,直接影响到的是金属组织结构上的变化。实践证实,在正火时采用等温淬火可有效地使金属组织结构趋于平均,从而使其变形量减小。
2、运用公道的冷却方法
金属淬火后冷却过程对变形的影响也是很重要的一个变形原因。热油淬火比冷油淬火变形小,一般控制在100±20℃。油的冷却能力对变形也是至关重要的。淬火的搅拌方式和速度均影响变形。金属热处理冷却速度越快,冷却越不平均,产生的应力越大,模具的变形也越大。可以在保证模具硬度要求的条件下,尽量采用预冷;采用分级冷却淬火能明显减少金属淬火时产生的热应力和组织应力,是减少一些外形较复杂工件变形的有效方法;对一些特别复杂或精度要求较高的工件,利用等温淬火能明显减少变形。
3、零件结构要公道
金属热处理后在冷却过程中,老是薄的部门冷得快,厚的部门冷得慢。在知足实际出产需要的情况下,应尽量减少工件厚薄悬殊,零件截面力求平均,以减少过渡区因应力集中产生畸变和开裂倾向;工件应尽量保持结构与材料成分和组织的对称性,以减少因为冷却不均引起的畸变;工件应尽量避免尖利棱角、沟槽等,在工件的厚薄接壤处、台阶处要有圆角过渡;尽量减少工件上的孔、槽筋结构分歧错误称;厚度不平均零件采用预留加工量的方法。
4、采用公道的装夹方式及夹具
目的使工件加热冷却平均,以减少热应力不均,组织应力不均,来减小变形,可改变装夹方式,盘类零件与油面垂直,轴类零件立装,使用补偿垫圈,支承垫圈,叠加垫圈等,花键孔零件可用渗碳心轴等。
5、机械加工
当热处理是工件加工过程的最后工序时,热处理畸变的答应值应知足图样上划定的工件尺寸,而畸变量要根据上道工序加工尺寸确定。为此,应按照工件的畸变规律,热处理前进行尺寸的预修正,使热处理畸变正好处于合格范围内。当热处理是中间工序时,热处理前的加工余量应视为机加工余量和热处理畸变量之和。通常机械加工余量易于确定,而热处理因为影响因素多比较复杂,因此为机械加工留出足够的加工余量,其余均可作为热处理答应畸变量。热处理后再加工,根据工件的变形规律,施用反变形、收缩端预胀孔,进步淬火后变形合格率。
6、采用合适的介质
在保证同样硬度要求的条件下,尽量采用油性介质,实验和实践证实,再其他前提无差异的条件下,油性介质的冷却速度较慢,而水性介质的冷却速度则相对快一些。而且,和油性介质比拟,水温变化对水性介质冷却特性的影响较大,在同样的热处理前提下,油性介质相对水性介质淬火后的变形量要相对小。
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