熱處理[Li]變形會使工件前期加工獲得[De]的精度受到嚴[Yan]重損失,這些損(Sun)失有時甚至通過複雜、先[Xian]進的修形技術(磨齒(Chi)、校直等)也難以恢複。這将直接(Jie)影響(Xiang)工件[Jian]的精度、強度、運轉時(Shi)的噪音、振動、傳輸功[Gong]率損失(Shi)和使用壽命等。這樣即使我們擁有世界上最先進的機床、磨(Mo)床(Chuang),也很難(Nan)加(Jia)工出(Chu)高精度、高附加(Jia)值的[De]産品。
為了[Le]減少和控[Kong]制熱處理變[Bian]形,提高市場(Chang)競争[Zheng]力,一[Yi]些先進國家專門設有專[Zhuan]題基金,減少和[He]控制熱處理變形,由此可[Ke]見解(Jie)決熱處理變形的重要性[Xing]。
1、熱處理變[Bian]形産生的原因
減少和控[Kong]制工件的(De)熱處[Chu]理變(Bian)形是材料(Liao)和熱處理工作[Zuo]者最為關注的難題[Ti],迄今為止人們還難于提出一個定量化、完整的可以預(Yu)示工件熱處理(Li)畸變的數學模[Mo]型。
學者們普遍認為,工件熱[Re]處理(Li)變形的(De)影響因素涉及(Ji)到工件的設計[Ji]、原材料(Liao)以及加工整[Zheng]個過程中的諸多環節。衆(Zhong)多專業人士認為,在加工中全面綜合考[Kao]慮固然重要,但影響[Xiang]熱處理變形最(Zui)主要的矛盾(Dun)還是熱處理(Li)工藝溫度及(Ji)冷卻速[Su]度的合理控制[Zhi]。
下表列舉[Ju]了3種不同溫[Wen]度的典型熱處理工藝對變形的影響,冷卻劑為機械[Xie]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) |
滲速 (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 |
570±10 |
航空、航天及國防 |
≤ 1 |
≤ 0.30 |
0.01 |
從表[Biao]中可看出,随着[Zhe]熱處理工藝溫度的(De)降低,工(Gong)件[Jian]熱處理(Li)後由變形引起[Qi]的精度損失[Shi]由2-3級降低[Di]到了1級以下,其[Qi]意義遠遠超(Chao)過後期的磨齒、校[Xiao]直等(Deng)修(Xiu)形技術。
工件在900℃以上[Shang]的強度很低;雖然[Ran]熱處理設備愈來愈[Yu]先進(Jin),但工件(Jian)在加熱(Re)、冷[Leng]卻時各部位的[De]溫度變化也很難完全一緻(Zhi);工件在加熱、冷[Leng]卻時各部位(Wei)溫度變(Bian)化的不同時性,會引起工[Gong]件(Jian)熱應力和組織應(Ying)力的(De)變化。當熱應(Ying)力、組織應力或兩者之合,大于該瞬[Shun]間(Jian)溫度下工件某部位的塑性抗力[Li]時,就[Jiu]會在這[Zhe]一部(Bu)位發生不可[Ke]逆的變形——熱[Re]處理變形(Xing)。
2、溫度的影響
2.1如(Ru)果工藝溫度降低,工件的高溫(Wen)強度損失減(Jian)少,塑性抗力增強。這樣工(Gong)件[Jian]的抗應力變形、抗[Kang]高溫蠕變(工(Gong)件因(Yin)自重或受壓而産生變形,大件、薄壁(Bi)件更顯著)的綜合[He]能[Neng]力就會增強,變形會[Hui]減少。
2.2如果[Guo]工藝溫度(Du)降低,工(Gong)件加熱、冷卻時各部位[Wei]溫度不一緻性[Xing]也會減少,導緻的熱應力和組[Zu]織應力也相對減少,這樣變形就[Jiu]會減少。
2.3 熱處理(Li)加熱時間縮短,工件的高溫蠕變時間減少,變形[Xing]也會減少。
3、降低熱[Re]處(Chu)理溫度的方法
降(Jiang)低工藝(Yi)溫度(Du)、提高滲碳或碳氮共滲速(Su)度,幾十年[Nian]來[Lai]一直是國内外熱處理界人士孜孜以[Yi]求的理想[Xiang]目标,但由于基[Ji]礎技術條件的限制和[He]傳統熱處理理論的束[Shu]縛,多年來大家[Jia]一直很難突破[Po]。
目前一(Yi)種新的碳氮共滲(Shen)技術已在工藝[Yi]溫度(Du)降(Jiang)低的條件[Jian]下實現快速[Su]滲碳或碳氮共[Gong]滲,以碳氮共滲(Shen)代替滲碳,它同時還有節(Jie)能、環保,高[Gao]效率、高效(Xiao)益等優點。
4、影響熱處(Chu)理變形主要因素是熱處理工(Gong)藝[Yi]溫度
4.1工藝溫降低[Di]後工件的(De)高溫(Wen)強度損[Sun]失相對減少,塑性抗力增強。這樣工件(Jian)的抗應力變形、抗淬火變形、抗高溫蠕變的綜合能[Neng]力增強,變形[Xing]就會減少。
4.2工藝溫度降低後,工件加熱、冷卻的溫(Wen)度區間減小,由[You]此[Ci]而引起的各(Ge)部位溫度不一緻性也會(Hui)降低,由此而[Er]導[Dao]緻的熱應力和組織(Zhi)應(Ying)力也相對減[Jian]小,這樣變形(Xing)就(Jiu)會(Hui)減少。
4.3 工藝溫降低、熱處理工藝時間縮短,則工件[Jian]的高溫蠕變[Bian]時(Shi)間減少,變形也[Ye]會減少。
4.4為(Wei)了保證工件的最終精度(Du),一種較為理(Li)想的方法是找到[Dao]工件(Jian)的熱處理變形規律,在加工時預留出一(Yi)定的變形量,使工件(Jian)在共(Gong)滲淬火後的尺寸遷移到所要[Yao]求的(De)範[Fan]圍内。這就[Jiu]要[Yao]求工[Gong]件變形具有良好的[De]一緻性,即同爐次工件之間、不同爐(Lu)次的[De]工[Gong]件之間[Jian]的變形規律和變形範圍接[Jie]近[Jin]一緻。
4.5雖然[Ran]熱處理變形[Xing]很難控制,但通過降低工藝溫度、控制[Zhi]工件的前期熱處理條件和對(Dui)工(Gong)件的淬火條件進[Jin]行嚴格控制(Zhi)後(Hou)會[Hui]得到較好的[De]效果。
5、冷卻速度及方法決定零件變形量的關(Guan)鍵
5.1選擇冷速合(He)理的淬火介質能有(You)效地減小變形量。
5.2選擇高(Gao)溫(400℃以[Yi]上)快(Kuai)速冷卻,在(Zai)350℃以下慢冷的方法,效[Xiao]果最佳;如[Ru]:一(Yi)些鹽浴、堿浴及有機淬火劑等。
5.3壓力淬火法。
5.4預冷淬火法。
5.5分級淬火法。