1、時效與冷處理對熱處理變形的影響時效與冷處理對熱處理變形的影響-對于精密零件和測量工具， 為了在長期使用過程中,保持精度和尺寸穩(wěn)定，往往需要進行冷處理和 回火，以便使其組織更加穩(wěn)定，因此，了解回火工藝和冷處理對工件在 時效過程中的變形規(guī)律，對于提高這類工件的熱處理質量有重要意 義。冷處理使殘余奧氏體轉變?yōu)轳R氏體導致體積膨脹;低溫回火和時 效一方面促使E -碳化物析出和馬氏體分解使體積收縮,另一方面引起 一定程度的應力松馳導致工件產生形狀畸變。鋼的化學成分，回火溫 度和時效溫度是影響時效過程中工作變形的主要因素。化學熱處理工件的變形-化學熱處理工件的表面和心部成分和組 織不同,具有不同的比體積和不

2、同的奧氏體等溫轉變曲線，因此,其熱 處理變形的特點和規(guī)律不同于一般工件。化學熱處理工件的變形校正 工作更難以進行。化學熱處理可以分為兩類:一類在高溫奧氏體狀態(tài) 下進行滲碳，熱處理過程中有相變發(fā)生,工件變形較大。另一類在低溫 鐵素體狀態(tài)下進行滲氮，熱處理過程中除因滲入元素進入滲層形成新 相外，不發(fā)生相變,工件變形較小。滲碳工件的變形-滲碳工件通常用低碳鋼和低碳合金鋼制造，其 原始組織為鐵素體和少量珠光體，根據(jù)工件的服役要求,工件經過滲碳 后需要進行直接淬火、緩冷重新加熱淬火或二次淬火。滲碳工件在滲 碳后緩冷和滲碳淬火過程中由于組織應力和熱應力的作用而發(fā)生變 形，其變形的大小和變形規(guī)律取決于滲碳鋼

3、的化學成分、滲碳層深度、 工件的幾何形狀和尺寸以及滲碳和滲碳后的熱處理工藝參數(shù)等因素。工件按其長度、寬度、高度（厚度）的相對尺寸可以分為細長件、 平面件和立方體件。細長件的長度遠大于其橫截面尺寸，平面件的長 度和寬度遠大于其高度（厚度），立方體三個方向的尺寸相差不大。最大 熱處理內應力一般總是產生在最大尺寸方向上。若將該方向稱為主導 應力方向，則低碳鋼和低碳合金鋼制造的工件，滲碳后緩冷或空冷心部 形成鐵素體和珠光體時，一般沿主導應力方向表現(xiàn)為收縮變形,收縮變 形率約為0.08-0.14%。鋼的合金元素含量增加、工件的截面尺寸減 小時，變形率也隨之減小,甚至出現(xiàn)脹大變形。截面厚度差別較大形狀不對

4、稱的細長桿件，滲碳空冷后易產生彎 曲變形。彎曲變形的方向取決于材料。低碳鋼滲碳工件冷卻快的薄截 面一側多為凹面;而12CrN3A、18CrMnTi等合金元素較高的低碳合 金鋼滲碳工件,冷卻快的薄截面一側往往為凸面。低碳鋼和低碳合金鋼制造的工件經過920-940C溫度下滲碳后，滲 碳層碳的質量分數(shù)增加至0.6-1.0%,滲碳層的高碳奧在體在空冷或緩 冷時要過冷至Ar1以下（600C左右）才開始向珠光體轉變，而心部的低 碳奧氏體在900C左右即開始析出鐵素體,剩余的奧氏體過冷至Ar1 溫度以下也發(fā)生共析分解轉變?yōu)橹楣怏w。從滲碳溫度過冷至Ar1溫度, 共析成分的滲碳層未發(fā)生相變，高碳奧氏體只隨著溫度

5、的降低而發(fā)生 熱收縮，與此同時,心部低碳奧氏體卻因鐵素體的析出比體積增大而發(fā) 生膨脹,結果心部受壓縮應力，滲碳層則受拉伸應力。由于心部發(fā)生 Y-a轉變時,相變應力的作用使其屈服強度降低，導致心部發(fā)生壓縮 變形。低碳合金鋼強度較高相同條件下心部的壓縮塑性變形量較小。形狀不對稱的滲碳工件空冷時，冷卻快的一側奧氏體線長度收縮 量大于冷卻慢的一側，因而產生彎曲應力，當彎曲應力大于冷即慢的一 側的屈服強度時，則工件向冷卻快的一側彎曲。對于合金元素含量較 高的低碳合金鋼,滲碳后表層具有高碳合金鋼的成分,空冷時冷卻快的 一側發(fā)生相變，形成硬度較高、組織比體積較大的新相,而另一側因冷 即較慢形成的新相硬度較低

6、，故出現(xiàn)相反的彎曲變形。滲碳工件的淬火變形規(guī)律可以用相同的方法分折。滲碳件的淬火 溫度通常為800-820C,淬火時滲碳層的高碳奧氏體從滲火溫度冷卻 至Ms點溫度區(qū)間內將發(fā)生明顯的熱收縮;而同時心部低碳奧氏體轉 變?yōu)殍F素體和珠光體、低碳貝氏體或低碳馬氏體。不論轉變?yōu)楹畏N組 織,心部都因組織比體積的增大而發(fā)生體積膨脹，結果在滲碳層與心部 產生較大的內應力。一般來說，未淬透的情況下，由于心部的相變產物 為屈服強度較低的鐵素體和珠光體，因而心部在滲碳層熱收縮壓應力 作用下，沿主導應力方向產生收縮變形;當心部的相變產物為強度較高 的低碳貝氏體和低碳馬氏體對，表層高碳奧氏體則在心部脹應力作用 下產生塑性

7、變形,結果主導應力方向而脹大。隨著滲碳鋼碳含量和合金元素含量的增加，滲碳件淬火后心部硬度升高，主導應力方向脹大傾向增大。當心部硬度為28-32HRC時，滲 碳工件的淬火變形很小。隨著心部硬度的升高，脹大變形傾向增大。很明顯，提高滲碳件的淬透性等凡導致滲碳工件心部硬度升高的因素, 都會增大滲碳工件沿主導應力方向的脹大傾向。滲氮工件的變形-滲氮能夠有效地提高工件表面的硬度和抗疲勞 性，并能在一定程度上改善其耐蝕性。滲氮溫度較低，約為510-560C, 鋼鐵材料在滲氮過程中，基本金屬不發(fā)生相變，因此，滲氮工件變形較 小。滲氮一般是熱處理的最后一道工序,工件在滲氮之后，除了高精度 的工件還要進行研磨加

8、工外，一般不再進行其他機械加工，因此,滲氮 被廣泛用來處理要求硬度高而變形小的精密零件。盡管如此，滲氮工 件仍會產生變形。由于氮原子的滲入，使?jié)B氮層的比體積增大，因此, 滲氮工件最常見的變形是工件表面產生膨脹，由于表面滲氮層的脹大 受到心部的阻礙，表層受到壓應力,心部受拉應力作用。內應力的大小 受零件截面大小、滲氮鋼的屈服強度、滲氮層氮濃度及滲氮層深度等 因素的影響。當工件截面尺寸較小，截面形狀不對稱、爐溫和滲氮不 均勻時，滲氮工件也會產生尺寸變化或彎曲與翹曲變形等形狀畸變。軸類零件經過滲氮后其變形規(guī)律是外徑脹大，長度伸長。徑向脹大 量通常隨工件直徑的增大而增艾，但最大脹大量不超過0.055m

9、m。長 度伸長量一般大于徑向脹大量，其絕對值隨軸的長度增大而增大，但不 隨軸的長度變化而成比例的變化。滲氮的套類工件的變形取決于壁厚, 壁厚薄時,內外徑都趨向于脹大，隨著壁厚的增大，脹大量減小，壁厚足 夠大時，內徑有縮小的趨勢。一般情況下,當工件的有效截面尺寸大于50mm時,滲氮處理的主 要變形方式是表面膨脹。但隨著工件橫截面積的減小，當滲氮層的截 面積與心部截面積之比大于0.05小于0.7時，除了表面膨脹外,還必須 考慮內應力引起的變形，沿工件主導應力方向的變形量可以用經驗公 式近似予以估算：AL=n(N/K)%AL-主導應力方向長度的增加；n-系數(shù)，取決于材料和滲氮 工件橫截面的形狀；N-

10、滲氮層的橫截面積；K-心部的橫截面積。常用滲氮鋼的n值工件橫截面形狀38CrMoALA 40CrNiMo圓形0.30.15方形0.40.2五熱處理變形的校正熱處理變形的校正-工件的熱處理變形可以在一定程度上加以控 制和減小，但是不能夠完全避免。機械校正法-采用機械或局部加熱的方法使變形工件產生局部微 量塑性變形,同時伴隨著殘余內應力的釋放和重新分布達到校正變形 的目的。常用的機械校正法有冷壓校正、淬火冷卻至室溫前的熱壓校 正、加壓回火校正、使用氧-乙炔火焰或高頻對變形工件進行局部加 熱的”熱點”校正、錘擊校正等。機械校正的零件在使用、放置過程中 或進行精加工時，由于殘余應力的衰減和釋放可能部分

11、地恢復原來的 變形和產生新的變形。因此，對于承受高負荷的工件和精密零件，最好 不要進行機械校正。必須進行機械校正時，校正達到的塑性應變應該 超過熱處理變形的塑性應變，但校正塑性變形量必須控制在很小的范 圍內,一般應大于彈性極限應變的10倍,小于條件強度極限的十分之 一。校正要盡可能在淬火后應即進行，校正后應進行消除殘余應力處 理。熱處理變形工件的校正，要求操作者具有熟練的技術并很費工時, 因此，校正自動化是熱處理工作者的一項重要任務。熱處理校正法-對于因熱處理脹大或收縮變形而尺寸超差的工件, 可以重新使用適當?shù)臒崽幚矸椒▽ζ渥冃芜M行校正。常用的熱處理校正法有在Ac1溫度下加熱急冷法對脹大變形的

12、工 件進行收縮處理-工件不發(fā)生組織比體積變化的相變，因此，不會產生 組織應力，只產生因心部和表面熱收縮量不同而形成的熱應力。急冷 時工件表面急劇收縮對溫度較高塑性較好的心部施以壓應力，使工件 沿主導應力方向產生塑性收縮變形，這是熱處理收縮處理的機理。鋼 的化學成分不同,其熱傳導和熱膨脹系數(shù)不同，在Ac1溫度下加熱后, 鋼的塑性和屈服強度也不相同，靠熱應力所能達到的塑性收縮變形效 果不盡相同，一般碳素鋼和低合金鋼的收縮效果比較明顯，高碳高合金 鋼的收縮效果則比較差。收縮處理的加熱溫度應根據(jù)Ac1選擇，應保證在水中激冷時不淬 硬為原則，對奧氏體穩(wěn)定性差的碳鋼可采用稍高于Ac 1的溫度，以利用 相變

13、溫度區(qū)的相變超塑性達到最大的收縮效果。各類鋼的加熱溫度 是；碳素鋼 Ac120 Ac1+20C低合金鋼Ac120 Ac1+10C低碳高合金鋼（1Cr13、2Cr13、18Cr2Ni4WA 等）Ac130 Ac1+10C奧氏體型耐熱耐蝕鋼 8501000C加熱時間應保證工件充分熱透,冷卻以食鹽水激冷為最好。Ac1溫 度下加熱急冷收縮處理法，可以收縮處理各種不同形狀的工件,如環(huán)形 工件的內孔和外圓，扁方工件的孔、孔距尺寸及外形尺寸，軸類工件的 長度以及某些需要局部尺寸收縮的工件等。淬火脹大法對收縮變形的工件進行脹大處理-主要適用于形狀簡單 的工件。其原理是利用淬火時工件表層發(fā)生馬氏體相變時比體積增大, 對尚未發(fā)生馬氏體相變或未淬透的心部施以拉應力，通過心部拉伸塑 性變形達到工件沿主導應力方向脹大的目的。對于低中碳鋼和低中碳 合金結構鋼制造的工件,使用常規(guī)淬火加熱溫度的上限加熱水淬時，在 工件淬透或半淬透的情況下，可使主導應力方向脹大0.