熱處理[Li]變形會使工件(Jian)前期加工獲得[De]的精度受(Shou)到嚴重損失,這些損失有時甚至通[Tong]過複雜、先[Xian]進的[De]修形技術(磨齒[Chi]、校直等)也(Ye)難以[Yi]恢複[Fu]。這(Zhe)将直接影響工件[Jian]的精[Jing]度(Du)、強度、運轉時[Shi]的噪音、振[Zhen]動、傳[Chuan]輸功率損失和使用壽[Shou]命等。這(Zhe)樣即使我們擁(Yong)有(You)世界上最先進的(De)機床、磨床[Chuang],也很難加工出(Chu)高精度、高[Gao]附加[Jia]值的産品。
為了(Le)減少和控[Kong]制熱處理[Li]變形,提(Ti)高市場競争(Zheng)力,一些先進國[Guo]家專(Zhuan)門[Men]設有專題基金,減少和控制熱處理變[Bian]形,由此可(Ke)見解(Jie)決熱處理變形的重(Zhong)要性。
1、熱處理變(Bian)形産生的原因
減少和控制工件的熱處理變形是材料[Liao]和熱處理工作(Zuo)者最(Zui)為關注的難題,迄今(Jin)為止人們還難于提(Ti)出一[Yi]個定量化[Hua]、完(Wan)整的可以[Yi]預[Yu]示工件熱處理[Li]畸變的數學模型。
學者們普遍認為,工件熱(Re)處理變形的[De]影響因素涉及[Ji]到工件的設計[Ji]、原材(Cai)料(Liao)以及加工整[Zheng]個過程中的諸多環節。衆[Zhong]多專業人士認(Ren)為,在加(Jia)工中全面綜合(He)考(Kao)慮固然重要,但影響熱處理變形最[Zui]主要的矛盾還是熱處理[Li]工藝溫度及冷卻速度的合理控制。
下表列舉[Ju]了3種不同溫度的典型熱處理[Li]工藝對變形的影響,冷卻劑為[Wei]機械油(N32)。
工藝類别 |
工藝溫度(℃) |
應用領域 |
精度損失 (級[Ji]) |
适用滲層[Ceng] (mm) |
滲[Shen]速(Su) (mm/h) |
滲碳 |
920±10 |
一般零件(Jian) |
2 ~ 3 |
≥ 0.50 |
0.18 |
碳氮共滲 |
870±10 |
機床等 |
1 ~ 2 |
≤ 0.80 |
0.15 |
氮化及軟氮化(Hua) |
570±10 |
航空、航天及[Ji]國防 |
≤ 1 |
≤ 0.30 |
0.01 |
從表中可(Ke)看出,随着熱處理工藝溫(Wen)度的降低,工件(Jian)熱處理後由變形引起(Qi)的精度損失由2-3級降低到了1級以下,其(Qi)意義遠遠超(Chao)過後期的磨齒、校直等(Deng)修形技術。
工(Gong)件在900℃以上的強度很低;雖然熱處理(Li)設備愈來愈先進,但工件(Jian)在加熱(Re)、冷卻時各部位的[De]溫(Wen)度變化也(Ye)很難完(Wan)全(Quan)一緻;工件在加(Jia)熱、冷卻時各部位溫度變化的不同時性,會引起工[Gong]件熱應力和組[Zu]織應力的變化(Hua)。當熱應[Ying]力、組織應力或兩者之合,大于該瞬間[Jian]溫度下工件[Jian]某部位的塑[Su]性抗力[Li]時,就[Jiu]會(Hui)在這一部位發生不[Bu]可逆的變形——熱處理變形。
2、溫度的影響
2.1如(Ru)果工藝溫度降(Jiang)低(Di),工件的高溫強度(Du)損失減少,塑性抗(Kang)力增強。這樣工件的抗應力[Li]變形、抗高溫蠕變(工(Gong)件因[Yin]自重或受壓(Ya)而(Er)産生變形,大件、薄壁(Bi)件更顯著)的綜合能力就會[Hui]增強,變(Bian)形會[Hui]減少。
2.2如果工藝溫度降低,工件加熱、冷卻時各部位溫(Wen)度不一緻性也會減少,導[Dao]緻的熱應力和組織應力也相對減少,這樣變形就會減少。
2.3 熱處理加熱時(Shi)間縮短,工件的高[Gao]溫蠕變時間減少,變形也會減少[Shao]。
3、降低熱處(Chu)理溫度的方法(Fa)
降[Jiang]低工藝溫度(Du)、提高滲碳或[Huo]碳氮共滲速(Su)度,幾十年來一直是國内外熱處理界[Jie]人士孜[Zi]孜以求的理想目[Mu]标,但由于基[Ji]礎技術條件的限制和(He)傳[Chuan]統熱(Re)處理理論的束縛,多[Duo]年來大家一(Yi)直很難突破。
目前一種新(Xin)的碳氮共滲(Shen)技術已(Yi)在工藝[Yi]溫度降(Jiang)低的條件下實現快速(Su)滲碳或碳氮共[Gong]滲,以碳氮(Dan)共滲(Shen)代替[Ti]滲(Shen)碳,它同時還有節(Jie)能、環保,高效率、高效(Xiao)益等優點。
4、影響[Xiang]熱處理變形(Xing)主要[Yao]因素是熱處理工(Gong)藝溫度
4.1工[Gong]藝溫降低[Di]後工件的高溫強度損失相對減少,塑性抗力[Li]增強。這樣工件[Jian]的抗應力變形[Xing]、抗淬火變形、抗高溫蠕變的綜合能(Neng)力增強,變形就會減(Jian)少。
4.2工藝溫[Wen]度降低後,工[Gong]件加熱、冷卻的溫度區間減小,由(You)此[Ci]而引起的各(Ge)部位[Wei]溫度不一緻性也會降低[Di],由此而[Er]導緻的熱應(Ying)力和組織應[Ying]力也相對減(Jian)小,這(Zhe)樣變形就會(Hui)減少。
4.3 工[Gong]藝[Yi]溫降低[Di]、熱處[Chu]理工藝時間縮(Suo)短,則工件的高溫蠕(Ru)變時間減少,變形也(Ye)會減少。
4.4為[Wei]了保證工件的[De]最終精度,一種較為理想的方法是找到工件的(De)熱處[Chu]理[Li]變形規律,在加(Jia)工時預留出一(Yi)定的變形量,使工件[Jian]在共滲淬火後的尺寸遷移到所要[Yao]求的(De)範[Fan]圍内。這就要求工[Gong]件變形具(Ju)有良好的(De)一緻[Zhi]性,即同爐次工件之[Zhi]間、不同爐(Lu)次的[De]工件之間的變形規律和變形範圍接(Jie)近一緻。
4.5雖然熱處理變形[Xing]很難控制,但(Dan)通過降低工藝(Yi)溫度、控制工件的前期熱處理條件和對工件的淬火條件進(Jin)行嚴格控制後會(Hui)得[De]到較好的[De]效果(Guo)。
5、冷卻速度及[Ji]方法決(Jue)定[Ding]零件變形量的關(Guan)鍵
5.1選擇冷速合理的(De)淬火介質能有效(Xiao)地減小變形量。
5.2選擇高溫(400℃以上(Shang))快速冷卻,在[Zai]350℃以下慢(Man)冷的方[Fang]法,效果最佳;如(Ru):一些鹽浴、堿浴及有機淬火(Huo)劑[Ji]等。
5.3壓[Ya]力淬火法。
5.4預冷淬火法。
5.5分級淬火法。