熱處理變形會(huì)使工件前期加工獲得的精(jīng)度受到嚴重損失,這些損失有時甚至通過複雜、先進(jìn)的修形技術(磨齒、校直等)也難以恢複。這将直接(jiē)影響工件的精度、強度、運轉時(shí)的噪音、振動、傳輸功率損失和使用壽命等。這樣即(jí)使我們擁(yōng)有世界上最先(xiān)進的(de)機床、磨床,也很難加工出高精度、高(gāo)附加(jiā)值的産品。
為了減少和控(kòng)制熱處(chù)理變形,提高市場競争(zhēng)力,一些先進國家專門設有專(zhuān)題基金,減少和控制熱處理(lǐ)變形,由此可見解(jiě)決熱處理變形的重(zhòng)要性。
1、熱處理變形産生的原因
減少和控制工件的熱處理變形是材料和熱(rè)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(gè)定(dìng)量化、完整的可以預示工件熱處理(lǐ)畸變的數學模型。
學者們普遍認為,工件熱處理(lǐ)變形的影響(xiǎng)因素涉及(jí)到工件的(de)設計、原材料以及加工整個過程中的諸多環節。衆多專業人士(shì)認為,在加工中全面綜合考慮固然重要,但影響(xiǎng)熱處理變形最主要的矛盾還是熱處理工藝溫度及冷卻速度的合(hé)理控制。
下表列舉了3種不(bú)同溫度的典型熱處理(lǐ)工藝對變形的影響,冷卻(què)劑為機械(xiè)油(N32)。
工藝類别 |
工(gōng)藝溫度(℃) |
應(yīng)用領(lǐng)域 |
精度損失 (級(jí)) |
适用滲層 (mm) |
滲速(sù) (mm/h) |
滲碳(tàn) |
920±10 |
一般零件 |
2 ~ 3 |
≥ 0.50 |
0.18 |
碳氮(dàn)共滲 |
870±10 |
機床(chuáng)等 |
1 ~ 2 |
≤ 0.80 |
0.15 |
氮化及軟氮化 |
570±10 |
航空、航(háng)天及國防 |
≤ 1 |
≤ 0.30 |
0.01 |
從表中可看(kàn)出,随(suí)着熱處理工(gōng)藝溫(wēn)度的降低,工件熱處理後由變形引起的精度損失由2-3級降低到了1級以下,其(qí)意義遠遠超過後(hòu)期的磨(mó)齒、校直等(děng)修形技術。
工(gōng)件在900℃以上的強度很低(dī);雖然熱處理設備愈來愈先進,但工件在加熱(rè)、冷卻(què)時(shí)各部位的溫度變化也(yě)很難(nán)完全(quán)一緻;工件在加(jiā)熱、冷卻時各部位溫度變化的不同(tóng)時性,會引起工件熱應力和組(zǔ)織應力的變化。當熱應力、組織應力或兩(liǎng)者之合,大于該瞬間(jiān)溫度下工件某部位的塑性抗力時,就會在這一部位(wèi)發生不可逆的變形——熱處理變形(xíng)。
2、溫度的影響
2.1如(rú)果工藝溫度降低,工(gōng)件的高溫強度(dù)損失減少,塑性抗力增強。這樣工件的抗應力變形、抗高溫蠕變(工(gōng)件因自重或受壓而(ér)産生變形,大件、薄壁件更顯著)的綜合能力就會增強,變形會(huì)減少。
2.2如果工(gōng)藝溫度(dù)降低,工件加熱、冷卻時各部位溫度不(bú)一緻性也(yě)會(huì)減少,導緻的熱應力和組織應力也相對(duì)減少,這樣變形(xíng)就會減少。
2.3 熱處理加熱時間縮(suō)短,工件的高溫蠕變時間減少(shǎo),變形也會減少。
3、降低熱處(chù)理(lǐ)溫度的(de)方法
降低工藝溫度、提高滲碳或碳氮共滲速度,幾十年(nián)來一直是國内外熱處理界人士孜孜以求的(de)理想(xiǎng)目标,但由于基礎技術條件的限制和傳(chuán)統熱處理理論(lùn)的束(shù)縛,多年來大(dà)家(jiā)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降低的條件下實現快速滲碳或碳氮共滲,以碳氮共滲代替滲碳,它同時還有節能、環保,高效率、高效(xiào)益等優點。
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(gōng)件的(de)高溫強度(dù)損失相對(duì)減少,塑性抗力增強。這(zhè)樣工件的抗應力變形(xíng)、抗淬火變形、抗(kàng)高溫蠕變的綜合能(néng)力增強,變形就會減少。
4.2工藝溫度降低後,工件加熱、冷卻的溫(wēn)度區(qū)間減小,由此而引起的各(gè)部位(wèi)溫度不一緻性也會降低,由此而導(dǎo)緻的熱應力和組(zǔ)織應力也相對減(jiǎn)小,這樣變形就(jiù)會減少。
4.3 工藝(yì)溫降低、熱處理工藝時間(jiān)縮短,則(zé)工件的高溫蠕變(biàn)時間減少,變形也會減少。
4.4為了(le)保證工件的(de)最終精度,一種較為理想的方法是(shì)找到工件的熱處(chù)理變形規律,在加工時預留出一(yī)定的變形量,使工件在共滲淬火(huǒ)後的尺寸遷移到所要求的範圍(wéi)内。這就要求工件(jiàn)變形具(jù)有良好的一緻性,即同爐次工(gōng)件之間、不同爐次的工件之間的變形規律和變形範圍接近(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、控制工件的前(qián)期熱處理條件和對(duì)工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(jí)方法決定零件變形量的關鍵
5.1選擇冷速合理的淬火介質能有(yǒu)效(xiào)地減小變形量。
5.2選擇高溫(400℃以上)快速冷卻(què),在(zài)350℃以下慢冷的方法,效果最佳;如:一些鹽浴、堿浴及(jí)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。