热处理变形的原因

引起钢件热处理变形的因素有很多，

概括起来主要有以下两点：    

  1)固态相变时，各相比体积的变化必然引起体积的变化，使零件产生膨胀或收缩的尺寸变化，这种变化是不可避免的。体积变化不会引起钢件形状的歪扭或翘曲，一般尺寸变化较小，故不被重视。    

 2)由热处理内应力引起钢件的歪扭或变形是重要的问题。热应力包括急热热应力和急冷热应力，当它们超过零件在该温度下所具有的屈服强度时，将使零件产生塑性变形，导致零件的形状变化，即歪扭，或称为畸变;相变引起的组织应力也会引起零件形状的改变，即热处理畸变。热应力和组织应力合并为热处理内应力，是钢件变形的主要原因。     

 一般来说，淬火工件的变形总是由于以上因素综合作用的结果，需要根据具体情况作具体分析。       

体积变化是由相变时比体积的改变而引起的。马氏体的比体积比钢的其他组成相的比体积要大，热处理时钢由其他组成相转变为马氏体时，必然引起体积的增加。而奥氏体的比体积要比钢的其他相小，在热处理时由其他组成相转变为奥氏体时，则引起体积的收缩。       

零件形状的变化主要是由于内应力或者外加应力作用的结果。在加热和冷却过程中，因工件各个部位的温度有差别，相变在时间上有先后，有时发生的组织转变也不一致，而造成内应力。这种内应力一日超过了该温度下材料的屈服强度就产生朔性变形，引起形状的改变。此外，工件内的冷加工残留应力在加热过程中的松弛，以及由于加热时受到较大的外加应力作用也会引起形状的变化。       

在热处理时可能引起体积变化和形状变化的原因见下表 ：

表中“体积变化原因”一栏未列人钢因热胀冷缩现象而产生的体积变化。钢由淬火加热温度到零下温度进行冷外理时，均随温度的变化而有相应的体积变化，因执胀冷缩而引起的体积变化不均匀乃是热应力产生的原因，而且对变形具有相当大的影响。

 热处理变形的控制

控制、减少并防止热处理变形，是生产中人们长期以来十分重视的问题。

1. 材料的选择     冷却能力越强的冷却剂使钢件的冷却速度越不均匀，钢件越容易发生变形。所以，选择淬透性好的钢，并以油冷或空冷方式硬化，则变形小。如果钢件内部不需要淬硬时，选择淬透性低的钢仅将其表面层马氏体化，心部不淬硬，而达到减小变形的目的也是可以的。此外，如果采用高频感应淬火，一般变形较小，这多数适用于45 钢。     

马氏体的含碳量越高，体积变化和变形越大。因此可根据需要，选择低碳马氏体加弥散碳化物来提高硬度的钢种，同时有效地利用比体积小的残留奥氏体。但是在这种情况下通常硬度较低，且有时效变形问题。     具有纤维状组织或称为带状组织的钢在淬火时将出现方向性。退火后出现明显纤维状组织的低碳钢及低碳合金钢淬火，则沿着纤维方向尺寸伸长。模具钢和其他     工具钢在延伸方向上呈现纤维状组织时，将难以均质化，淬火后仍然出现方向性。

2. 冷却方式的选择     冷却方式对于淬火变形来说具有较大的影响。一般采用均匀冷却的方法。      

相变引起的尺寸变化能够因钢材的合理选择而变小。但是，当钢种已选定时，则由此而产生的热处理尺寸变化是不可避免的。在实际淬火操作中，主要是因钢件各部位不同时发生相变而产生的变形、开裂及热歪扭。     

 为了尽量减小各部位马氏体化时间的不同，采用在出现托氏体组织附近的温度范围实行急冷，而在 Ms 点以下实行缓冷的方法较好。淬火冷却介质使用水时，则在Ms 点以下冷却速度较大，导致变形很大。要在 Ms 点以下实行缓冷，最好采用油中淬火或空气中冷却。水中急冷后，在达到 Ms 点附近温度时即从水中取出工件，移入油中冷却或吹风冷却、空冷等，可以有效地控制变形。     

等温淬火或者分级淬火对于减轻变形尤其有效，同样，在等温淬火中有利于进行校正歪扭。     

斜齿轮等零件由于要求齿面的精度，采用等温淬火也很难充分达到目的。对于这种零件要在压床上淬火。板弹簧在压床上淬火也能起到良好的效果。      

高频感应淬火由于仅加热表面层，整体变形小是个优点。若能正确地支撑工件，使用稳定的高频加热装置，以一定量的水、一定的方向、一定的时间进行喷射淬火，则其产生的歪扭也是稳定的。但这时同样要注意被硬化表面应均习地进行冷却。在高频感应淬火和火焰淬火中，可采用将零件在卡盘中固定约束淬火变形的方法，或是将非硬化部位浸泡在水中后再淬火的方法。

3.加热方式的选择      防止变形的途径主要是缓冷、缓热。加热速度太快，会因产生热应力而引起变形。因此，放慢加热速度，采用多次预热能收到良好效果。     另外，还应注意防止预热时产生的自重扭曲以及氧化、脱碳等现象发生。     

在零件淬火加热前若存在残留应力也是有害的，如零件在加工过程中造成的残留应力等，应预先采取去应力退火措施。一般加热到 500~600℃为宜，残留应力可减少到趋于零。

西安福莱特热处理有限公司(029-88330370)拥有齐全的冷热加工设备及检测手段,是一家专门从事金属材料热处理工艺研发、工艺协作,机械加工,及工业加热设备设计、制造,粉末冶金,生产的经济实体。

热处理变形的原因

引起钢件热处理变形的因素有很多，

概括起来主要有以下两点：    

  1)固态相变时，各相比体积的变化必然引起体积的变化，使零件产生膨胀或收缩的尺寸变化，这种变化是不可避免的。体积变化不会引起钢件形状的歪扭或翘曲，一般尺寸变化较小，故不被重视。    

 2)由热处理内应力引起钢件的歪扭或变形是重要的问题。热应力包括急热热应力和急冷热应力，当它们超过零件在该温度下所具有的屈服强度时，将使零件产生塑性变形，导致零件的形状变化，即歪扭，或称为畸变;相变引起的组织应力也会引起零件形状的改变，即热处理畸变。热应力和组织应力合并为热处理内应力，是钢件变形的主要原因。     

 一般来说，淬火工件的变形总是由于以上因素综合作用的结果，需要根据具体情况作具体分析。       

体积变化是由相变时比体积的改变而引起的。马氏体的比体积比钢的其他组成相的比体积要大，热处理时钢由其他组成相转变为马氏体时，必然引起体积的增加。而奥氏体的比体积要比钢的其他相小，在热处理时由其他组成相转变为奥氏体时，则引起体积的收缩。       

零件形状的变化主要是由于内应力或者外加应力作用的结果。在加热和冷却过程中，因工件各个部位的温度有差别，相变在时间上有先后，有时发生的组织转变也不一致，而造成内应力。这种内应力一日超过了该温度下材料的屈服强度就产生朔性变形，引起形状的改变。此外，工件内的冷加工残留应力在加热过程中的松弛，以及由于加热时受到较大的外加应力作用也会引起形状的变化。       

在热处理时可能引起体积变化和形状变化的原因见下表 ：

表中“体积变化原因”一栏未列人钢因热胀冷缩现象而产生的体积变化。钢由淬火加热温度到零下温度进行冷外理时，均随温度的变化而有相应的体积变化，因执胀冷缩而引起的体积变化不均匀乃是热应力产生的原因，而且对变形具有相当大的影响。

 热处理变形的控制

控制、减少并防止热处理变形，是生产中人们长期以来十分重视的问题。

1. 材料的选择     冷却能力越强的冷却剂使钢件的冷却速度越不均匀，钢件越容易发生变形。所以，选择淬透性好的钢，并以油冷或空冷方式硬化，则变形小。如果钢件内部不需要淬硬时，选择淬透性低的钢仅将其表面层马氏体化，心部不淬硬，而达到减小变形的目的也是可以的。此外，如果采用高频感应淬火，一般变形较小，这多数适用于45 钢。     

马氏体的含碳量越高，体积变化和变形越大。因此可根据需要，选择低碳马氏体加弥散碳化物来提高硬度的钢种，同时有效地利用比体积小的残留奥氏体。但是在这种情况下通常硬度较低，且有时效变形问题。     具有纤维状组织或称为带状组织的钢在淬火时将出现方向性。退火后出现明显纤维状组织的低碳钢及低碳合金钢淬火，则沿着纤维方向尺寸伸长。模具钢和其他     工具钢在延伸方向上呈现纤维状组织时，将难以均质化，淬火后仍然出现方向性。

2. 冷却方式的选择     冷却方式对于淬火变形来说具有较大的影响。一般采用均匀冷却的方法。      

相变引起的尺寸变化能够因钢材的合理选择而变小。但是，当钢种已选定时，则由此而产生的热处理尺寸变化是不可避免的。在实际淬火操作中，主要是因钢件各部位不同时发生相变而产生的变形、开裂及热歪扭。     

 为了尽量减小各部位马氏体化时间的不同，采用在出现托氏体组织附近的温度范围实行急冷，而在 Ms 点以下实行缓冷的方法较好。淬火冷却介质使用水时，则在Ms 点以下冷却速度较大，导致变形很大。要在 Ms 点以下实行缓冷，最好采用油中淬火或空气中冷却。水中急冷后，在达到 Ms 点附近温度时即从水中取出工件，移入油中冷却或吹风冷却、空冷等，可以有效地控制变形。     

等温淬火或者分级淬火对于减轻变形尤其有效，同样，在等温淬火中有利于进行校正歪扭。     

斜齿轮等零件由于要求齿面的精度，采用等温淬火也很难充分达到目的。对于这种零件要在压床上淬火。板弹簧在压床上淬火也能起到良好的效果。      

高频感应淬火由于仅加热表面层，整体变形小是个优点。若能正确地支撑工件，使用稳定的高频加热装置，以一定量的水、一定的方向、一定的时间进行喷射淬火，则其产生的歪扭也是稳定的。但这时同样要注意被硬化表面应均习地进行冷却。在高频感应淬火和火焰淬火中，可采用将零件在卡盘中固定约束淬火变形的方法，或是将非硬化部位浸泡在水中后再淬火的方法。

3.加热方式的选择      防止变形的途径主要是缓冷、缓热。加热速度太快，会因产生热应力而引起变形。因此，放慢加热速度，采用多次预热能收到良好效果。     另外，还应注意防止预热时产生的自重扭曲以及氧化、脱碳等现象发生。     

在零件淬火加热前若存在残留应力也是有害的，如零件在加工过程中造成的残留应力等，应预先采取去应力退火措施。一般加热到 500~600℃为宜，残留应力可减少到趋于零。

西安福莱特热处理有限公司(029-88330370)拥有齐全的冷热加工设备及检测手段,是一家专门从事金属材料热处理工艺研发、工艺协作,机械加工,及工业加热设备设计、制造,粉末冶金,生产的经济实体。