熱處理變形[Xíng]會使工▾件▾前期加工[Gōng]獲得的精度受[Shòu]到嚴[Yán]重損失[Shī],這些損失有時甚[Shèn]至通過複雜、先[Xiān]進的修形技術(磨∇齒∇、校直等)也[Yě]難以恢複。這将直接影響工⋄件⋄(Jiàn)的精度、強度、運轉時(Shí)的噪音、振(Zhèn)動、傳輸功率損失和使用壽命等。這(Zhè)樣▾即▾使我們擁有世界上最先進的[De]機床、磨床[Chuáng],也很◆難◆◇加◇[Jiā]工出高精度[Dù]、高附加值的産品。
為了減少和控(Kòng)制熱處理變形,提[Tí]高市場競争[Zhēng]力,一些先進國家專[Zhuān]⋄門⋄設有專題基金,減少和控制熱處理▾變▾形,由此●可●見▽解▽(Jiě)決熱處理變形(Xíng)的[De]重要性。
1、熱處理變形産生的[De]原因
減少和控制工件的熱處理變形是材料[Liào]和熱處理工作者▲最▲為關注的難題,迄▾今▾(Jīn)為止人們還難于提(Tí)出一個定量化、完整的可以預(Yù)示工件熱處理畸變的數學模型。
學者◈們◈(Men)普遍(Biàn)認為,工件熱處理(Lǐ)變形▽的▽影響因素涉◇及◇到工件的[De]設[Shè]計、原(Yuán)材料以及加工整個過程中的諸多環節。◊衆◊多專業人士認為,在加工中全[Quán]面綜合考(Kǎo)慮固然▲重▲要,但影響熱處理變形最[Zuì]主要(Yào)的矛盾還是熱[Rè]處◊理◊工藝溫度及冷卻速度的合理控制。
下表列舉了3種不同溫度的典型熱處理工藝對變形的影響(Xiǎng),冷卻劑為機械油(N32)。
▾工▾藝類别 |
工(Gōng)藝溫度(℃) |
應用∇領∇域 |
精度損失 (級) |
适用滲層[Céng] (mm) |
滲速 (mm/h) |
滲碳[Tàn] |
920±10 |
一般零件(Jiàn) |
2 ~ 3 |
≥ 0.50 |
0.18 |
碳氮共滲 |
870±10 |
機床[Chuáng]等 |
1 ~ 2 |
≤ 0.80 |
0.15 |
氮化▿及▿軟氮化(Huà) |
570±10 |
航空、航天及國防 |
≤ 1 |
≤ 0.30 |
0.01 |
從表中▾可▾看出,随着熱處理工藝溫度的降低,工件(Jiàn)熱處理[Lǐ]後由變形引[Yǐn]起的精度損失(Shī)由2-3級降低到●了●1級以下,◇其◇[Qí]意義遠遠超過後期[Qī]的磨齒、校直等修形技術。
工件在900℃以上的強度很低;雖然熱處理設(Shè)備愈來愈先○進○,但工件在加熱[Rè]、冷卻時各部位的▾溫▾[Wēn]度變化▽也▽很難完(Wán)全一緻;工件在加(Jiā)熱、●冷●卻時各部位溫度變化的不同時性,會(Huì)引起◇工◇件熱應力和[Hé]組織應力的[De]變化。當∇熱∇應[Yīng]力[Lì]、組織應力或兩者之(Zhī)合,大于該瞬間[Jiān]溫度下[Xià]工件某部位[Wèi]的塑性抗[Kàng]力時,就會在這一[Yī]部位發生不可逆的變●形●——熱[Rè]處理變形。
2、溫度的[De]影響
2.1▾如▾[Rú]果工[Gōng]藝●溫●度降低[Dī],工件的高溫強度損◆失◆減少(Shǎo),塑性抗力增●強●(Qiáng)。這樣工件的抗應力(Lì)變形、抗高溫蠕變(工件因(Yīn)自重或受壓而(ér)産生變形,大件、薄∆壁∆∇件∇更顯著)的綜[Zōng]合能力就會增強,◇變◇(Biàn)形會減少。
2.2如果[Guǒ]工藝溫⋄度⋄(Dù)降低,工件加熱、冷卻時各部位溫度不一緻性(Xìng)也會減少,導緻的熱應力和組織應力也相對[Duì]減少(Shǎo),這樣變形就會減少。
2.3 熱[Rè]處[Chù]理加熱時間縮短,▽工▽(Gōng)件的高溫蠕變時間減[Jiǎn]少,變形也會減少。
3、降低熱處理溫度的方法
降低工◇藝◇[Yì]溫度[Dù]、提高滲碳或碳氮[Dàn]共滲∇速∇(Sù)度,幾十年來一直是國内外熱處理界▽人▽士孜孜以求的理想(Xiǎng)目[Mù]标,但由于基礎技術條件的(De)限制和▲傳▲統熱處理理論的束(Shù)縛,多年來大家一直很難突破(Pò)。
目∆前∆一種新的碳氮共滲技術已▲在▲工藝溫度(Dù)降低的條件下實現[Xiàn]快速滲碳或碳氮共(Gòng)滲,以碳氮共滲代替滲[Shèn]碳,它同時[Shí]還有節能、環保,高效率、高效(Xiào)益等優[Yōu]點。
4、影◇響◇熱處理變▲形▲主要因素是熱處理○工○(Gōng)藝溫度
4.1工藝溫降低後工件的高溫強度損失相對(Duì)減少(Shǎo),塑性[Xìng]抗力增強。這樣工▲件▲(Jiàn)的抗應力變形[Xíng]、抗淬火變形、∇抗∇高溫蠕變的綜合能[Néng]力增強,變[Biàn]形就會減少。
4.2工[Gōng]藝溫度降低後(Hòu),工件加熱(Rè)、冷卻的▾溫▾[Wēn]度區間減小,由此而引起的各部位溫度○不○一緻性也[Yě]會降低,由此◈而◈◈導◈[Dǎo]緻的熱應力和組∇織∇應力也相對∆減∆小,這樣變形就會減少。
4.3 工(Gōng)藝溫降低、熱處理工藝時間縮短,則(Zé)工件∇的∇高溫(Wēn)蠕變時間減少,變形▿也▿[Yě]會減少。
4.4為(Wéi)了保證工件的最終精度,一種較為理想的方法(Fǎ)是[Shì]找到工件的熱處理(Lǐ)變形規◊律◊,在加工時預留出●一●[Yī]定∇的∇(De)變∆形∆量,使工⋄件⋄在共(Gòng)滲淬火後∇的∇尺寸遷移到[Dào]所要[Yào]求的範圍内。這就要[Yào]求工[Gōng]件變形[Xíng]具有良好◇的◇一▽緻▽[Zhì]性(Xìng),即同爐次工件之(Zhī)間、不同爐次的工(Gōng)件之▽間▽的變形規(Guī)律和變形範圍接∇近∇(Jìn)一緻。
4.5雖然熱處理變形很難▲控▲▾制▾,但通過降低工藝溫度、控[Kòng]制工件的前(Qián)期○熱○處理[Lǐ]條件和對工[Gōng]件的淬火條件∇進∇行嚴格(Gé)控制後會得到較(Jiào)好的效果。
5、冷卻速▾度▾及▽方▽法決定零件變形量的關鍵
5.1選(Xuǎn)擇冷速合[Hé]理的淬火∇介∇質能[Néng]●有●效(Xiào)地減小變形量。
5.2選擇▾高▾溫(400℃以上)快速⋄冷⋄卻,在[Zài]350℃以下慢冷的方法,效[Xiào]果最佳;如[Rú]:一些鹽▽浴▽、堿浴及(Jí)有機淬火▽劑▽[Jì]等。
5.3壓力∆淬∆(Cuì)火法。
5.4預冷淬火法[Fǎ]。
5.5分級淬火法。