材料熱處理后變形的原因及處理方法

      材料加熱、保溫、冷卻熱處理后發(fā)生變形主要是因?yàn)榻饘賰?nèi)部的組織和結(jié)構(gòu)發(fā)生改變?cè)诨瘜W(xué)作用和機(jī)械作用下產(chǎn)生的，使金屬合金從而獲得改善材料機(jī)能的工藝。中頻感應(yīng)爐熱處理工藝是使各種金屬材料獲得優(yōu)良機(jī)能的重要手段，熱處理工藝除了具有積極的作用之外，處理過(guò)程之中也會(huì)產(chǎn)生不可避免的變形，而這又是機(jī)械加工中必需避免的，兩者之間屬于共存又避免的關(guān)系，只能采用相應(yīng)的方法盡量把變形量控制在盡量小的范圍內(nèi)。
一、溫度是變形的樞紐因素
工業(yè)上實(shí)際應(yīng)用的中頻感應(yīng)爐熱處理工藝形式非常多，但是它們的基本過(guò)程都是熱作用過(guò)程，都是由加熱、保溫、冷卻三個(gè)階段組成的。臺(tái)車(chē)爐的整個(gè)工藝過(guò)程都可以用加熱速度、加熱 溫度、保溫時(shí)間、冷卻速度以及熱處理周期等幾個(gè)參數(shù)來(lái)描述。在熱處理工藝中，要用到各種中頻感應(yīng)爐設(shè)備，金屬熱處理便在這些設(shè)備進(jìn)行（如基本熱處理中的退火、淬火、回火、化學(xué)熱處理的滲碳、滲氨、滲鋁、滲鉻或去氫、去氧等等）。因此，中頻感應(yīng)爐內(nèi)的溫度丈量就成為熱處理的重要工藝參數(shù)丈量。每一種熱處理工藝規(guī)范中，溫度是很重要的內(nèi)容。假如溫度丈量不正確，熱處理工藝規(guī)范就得不到準(zhǔn)確的執(zhí)行，以至造成產(chǎn)品質(zhì)量下降甚至報(bào)廢。溫度的丈量與控制是熱處理工藝的樞紐，也是影響變形的樞紐因素。
（1）工藝溫度降低后工件的高溫強(qiáng)度損失相對(duì)減少，塑性抗力增強(qiáng)。這樣工件的抗應(yīng)力變形、抗淬火變形、抗高溫蠕變的綜合能力增強(qiáng)，變形就會(huì)減少；
（2）工藝溫度降低后工件加熱、冷卻的溫度區(qū)間減少，由此而引起的各部位溫度不一致性也會(huì)降低，由此而導(dǎo)致的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力也相對(duì)減少，這樣變形就會(huì)減少；
（3）假如工藝溫降低、且熱處理工藝時(shí)間縮短，則工件的高溫蠕變時(shí)間減少，變形也會(huì)減少。
二、變形的其它影響因素及減小措施
（一）準(zhǔn)備熱處理
正火硬渡過(guò)高、混晶、大量索氏體或魏氏組織都會(huì)使內(nèi)孔變形增大，所以要用控溫正火或等溫退火來(lái)處理鍛件。金屬的正火、退火以及在進(jìn)行淬火之前的調(diào)質(zhì)，都會(huì) 對(duì)金屬終極的變形量產(chǎn)生一定的影響，直接影響到的是金屬組織結(jié)構(gòu)上的變化。實(shí)踐證實(shí)，在正火時(shí)采用等溫淬火可有效地使金屬組織結(jié)構(gòu)趨于平均，從而使其變形量減小。
（二）運(yùn)用合適的冷卻方法
金屬淬火后冷卻過(guò)程對(duì)變形的影響也是很重要的一個(gè)變形原因。在中頻感應(yīng)爐中熱油淬火比冷油淬火變形小，一般控制在100±20℃。油的冷卻能力對(duì)變形也是至關(guān)重要的。淬火的攪拌方式和速度均影響變形。金屬熱處理冷卻速度越快，冷卻越不平均，產(chǎn)生的應(yīng)力越大，模具的變形也越大。可以在保證模具硬度要求的條件下，盡量采用預(yù)冷；采用分級(jí)冷卻淬火能明顯減少金屬淬火時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，是減少一些外形較復(fù)雜工件變形的有效方法；對(duì)一些特別復(fù)雜或精度要求較高的工件，利用等溫淬火能明顯減少變形。
（三）零件結(jié)構(gòu)
金屬經(jīng)過(guò)中頻感應(yīng)爐熱處理后在冷卻過(guò)程中，老是薄的部分降溫快，厚的部分降溫慢。在制定出實(shí)際出產(chǎn)需求的情況下，應(yīng)盡量減少工件的厚薄差距，工件截面盡力做到平均，以減少溫度變化過(guò)渡區(qū)；工件應(yīng)盡量保持結(jié)構(gòu)與材料成分和組織的對(duì)稱(chēng)性，以減少因?yàn)槔鋮s不均引起的畸變；工件應(yīng)盡量避免尖棱角、溝槽等，在型材散熱器工件的厚薄接壤處、臺(tái)階處要有圓角過(guò)渡；盡量減少工件上的孔、槽筋結(jié)構(gòu)；厚度不平均零件可采用預(yù)留加工量的方法。
（四）采用合適的裝夾方式及夾具
目的是使工件加熱冷卻平均，以減少熱應(yīng)力不均，組織應(yīng)力不均，來(lái)減小變形，可改變裝夾方式，盤(pán)類(lèi)零件與油面垂直，軸類(lèi)零件立裝，使用補(bǔ)償墊圈，支承墊圈，疊加墊圈等，花鍵孔零件可用滲碳心軸等。
（五）采用合適的介質(zhì)
在保證同樣硬度要求的前提下，盡量采用油性介質(zhì)，實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐證實(shí)，再其他前提無(wú)差異的條件下，油性介質(zhì)的冷卻速度較慢，而水性介質(zhì)的冷卻速度則相對(duì)快一 些。而且，和油性介質(zhì)比擬，水溫變化對(duì)水性介質(zhì)冷卻特性的影響較大，在同樣的熱處理前提下，油性介質(zhì)相對(duì)水性介質(zhì)淬火后的變形量要相對(duì)小。