熱處理(Li)變形會使工件[Jian]前[Qian]期加工獲(Huo)得[De]的精(Jing)度受到嚴重損失,這些損失有時甚至通過複雜、先進的修形技術(磨[Mo]齒、校直等)也難以恢複(Fu)。這将直接[Jie]影響(Xiang)工件的精度(Du)、強度、運轉時[Shi]的噪音、振動、傳輸功率損失和使用壽命等。這樣即使我們擁有世界上最先進的[De]機床、磨床[Chuang],也很難加[Jia]工出高精度、高附加(Jia)值的産品。
為了減少和控制熱處理變[Bian]形,提高市場競争[Zheng]力,一些先進國家專(Zhuan)門設有專(Zhuan)題[Ti]基金,減(Jian)少和控制熱處理(Li)變形,由此可[Ke]見解決熱處理變形的[De]重要性。
1、熱處理變形産生的原因
減少[Shao]和控制工件的熱處(Chu)理變形是材料(Liao)和(He)熱處理工作[Zuo]者最為關注(Zhu)的難題,迄今(Jin)為止人們還(Hai)難于提出一個定量化、完整的可以預示工件熱[Re]處理畸變的數學模型。
學者們普遍[Bian]認為,工件熱處理變形的(De)影響因素涉及[Ji]到工件的設[She]計、原材料(Liao)以及加工整(Zheng)個過[Guo]程中的(De)諸多環節。衆[Zhong]多專業人士認為,在加[Jia]工中全面綜合考慮固然重(Zhong)要,但影響熱處理變形最[Zui]主要的矛盾還(Hai)是熱處理(Li)工藝溫度及[Ji]冷卻速度的合理控制。
下表列舉了3種不同溫(Wen)度的典型熱處理(Li)工藝對變形的影[Ying]響[Xiang],冷卻劑為(Wei)機械(Xie)油(N32)。
工[Gong]藝類别 |
工(Gong)藝溫度(℃) |
應[Ying]用領域 |
精度損失 (級) |
适用滲層[Ceng] (mm) |
滲速 (mm/h) |
滲碳 |
920±10 |
一般(Ban)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[Ji]軟(Ruan)氮化 |
570±10 |
航空、航天及國防 |
≤ 1 |
≤ 0.30 |
0.01 |
從表中可[Ke]看出,随着熱[Re]處理工[Gong]藝溫[Wen]度的降低,工件熱處理[Li]後[Hou]由變[Bian]形引起的精度損失由2-3級降(Jiang)低到了1級以下,其(Qi)意義遠遠超[Chao]過後期(Qi)的磨齒、校直等修形(Xing)技術。
工(Gong)件在900℃以上[Shang]的強度很低;雖然熱處理[Li]設[She]備愈來愈(Yu)先進,但工件在加熱、冷卻時各部位的溫(Wen)度變化也[Ye]很難完(Wan)全一緻;工件在加熱、冷[Leng]卻時各[Ge]部位溫[Wen]度變化的不同時(Shi)性,會引起工(Gong)件熱應力和組(Zu)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[Jian]某部位[Wei]的塑性抗力時,就會在這一部位發生不[Bu]可逆的變形——熱處理變形。
2、溫度(Du)的影響
2.1如果工(Gong)藝溫度降[Jiang]低,工件的高溫強度損失減少,塑性抗力[Li]增強[Qiang]。這樣工件的抗應力(Li)變形、抗高溫(Wen)蠕變(工件因(Yin)自重或受壓而産生變形,大件、薄壁件更顯著)的綜[Zong]合能力就會增強,變(Bian)形會(Hui)減少。
2.2如果工藝[Yi]溫度[Du]降低,工件加熱、冷卻時各部位溫度不一緻性也會減少,導緻的熱應力(Li)和組織應力也相對減少,這樣變形就會減少。
2.3 熱處理加熱時間縮短,工[Gong]件的高(Gao)溫蠕變(Bian)時間減少,變形[Xing]也(Ye)會減少。
3、降低熱處理溫度的方法
降低工藝溫度[Du]、提高滲碳或碳氮共滲速[Su]度,幾十年(Nian)來一直是國内外熱處理界[Jie]人士孜(Zi)孜以求的理想目标,但由于基(Ji)礎技術條件的限制和傳統熱處理理論的束[Shu]縛,多(Duo)年來大家(Jia)一直很難突破。
目前一種[Zhong]新的碳氮共滲技術已在工藝溫度降低的條件下實現快速[Su]滲碳或碳氮(Dan)共滲,以碳氮共滲代替滲碳,它同時還有節能、環(Huan)保,高效率、高效(Xiao)益等優點。
4、影響熱處理變形主要(Yao)因[Yin]素是熱處理工[Gong]藝溫度
4.1工藝溫降(Jiang)低後工件的(De)高溫強度損(Sun)失相對(Dui)減少,塑性抗力增[Zeng]強。這樣工件(Jian)的抗應力變形、抗淬火變[Bian]形、抗高溫蠕變的綜[Zong]合能力增強,變形就會減少。
4.2工藝溫(Wen)度降低後(Hou),工件加熱、冷卻的溫度區間減小,由此[Ci]而引起的各部位溫度不[Bu]一緻性也會(Hui)降低,由此而導(Dao)緻的熱應(Ying)力和組(Zu)織應力也相對減(Jian)小,這樣變形就(Jiu)會減少。
4.3 工(Gong)藝溫降低、熱處理工藝時間(Jian)縮短,則(Ze)工件的高溫蠕[Ru]變時間減少,變形也[Ye]會減少[Shao]。
4.4為(Wei)了保證工[Gong]件的最終[Zhong]精度(Du),一種較為理想的方法是找到(Dao)工件的熱處理變形規律,在加工(Gong)時預留出一定的變形量(Liang),使工件(Jian)在共滲淬[Cui]火後的(De)尺寸遷移到(Dao)所要求的範[Fan]圍内。這就要求工件變形具有良好的一緻性,即同爐次工(Gong)件之[Zhi]間、不同爐次的[De]工件之間[Jian]的變形規[Gui]律和[He]變形範圍(Wei)接近(Jin)一緻。
4.5雖然(Ran)熱處理變形(Xing)很難控制,但[Dan]通過降低工(Gong)藝[Yi]溫度、控制工件的前期[Qi]熱處理條件和對工件的(De)淬火條件進(Jin)行嚴格控制後會[Hui]得(De)到較好的(De)效果。
5、冷卻(Que)速度及方法決[Jue]定零件變(Bian)形量[Liang]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[Liang]。
5.2選擇高溫(400℃以上)快速冷卻,在(Zai)350℃以下慢(Man)冷的方法,效果最佳;如:一[Yi]些鹽浴、堿浴[Yu]及(Ji)有機淬火劑(Ji)等。
5.3壓力淬火法。
5.4預冷(Leng)淬火法。
5.5分[Fen]級淬火法。