影响热处理变形的主要因素

一、变形的原因

    钢的变形主要原因是钢中存在内应力或者外部施加的应力。内应力是因温度分布不均匀或者相变所致，残余应力也是原因之一。外应力引起的变形主要是由于工件自重而造成的“塌陷”，在特殊情况下也应考虑碰撞被加热的工件，或者夹持工具夹持所引起的凹陷等。变形包括弹性变形和塑性变形两种。尺寸变化主要是基于组织转变，故表现出同样的膨胀和收缩，但当工件上有孔穴或者复杂形状工件，则将导致附加的变形。如果淬火形成大量马氏体则发生膨胀，如果产生大量残余奥氏体则相应的要收缩。此外，回火时一般发生收缩，而出现二次硬化现象的合金钢则发生膨胀，如果进行深冷处理，则由于残余奥氏体的马氏体化而进一步膨胀，这些组织的比容都随着含碳量的增加而增大，故含碳量增加也使尺寸变化量增大。

二、淬火变形的主要发生时段

    1、加热过程：工件在加热过程中，由于内应力逐渐释放而产生变形。

    2、保温过程：以自重塌陷变形为主，即塌陷弯曲。

    3、冷却过程：由于不均匀冷却和组织转变而至变形。

三、加热与变形

     当加热大型工件时，存在残余应力或者加热不均匀，均可产生变形。残余应力主要来源于加工过程。当存在这些应力时，由于随着温度的升高，钢的屈服强度逐渐下降，即使加热很均匀，很轻微的应力也会导致变形。

　一般，工件的外缘部位残余应力较高，当温度的上升从外部开始进行时，外缘部位变形较大，残余应力引起的变形包括弹性变形和塑性变形两种。

　加热时产生的热应力和想变应力都是导致变形的原因。加热速度越快、工件尺寸越大、截面变化越大，则加热变形越大。热应力取决于温度的不均匀分布程度和温度梯度，它们都是导致热膨胀发生差异的原因。如果热应力高于材料的高温屈服点，则引起塑性变形，这种塑性变形就表现为“变形”。

　相变应力主要源于相变的不等时性，即材料一部分发生相变，而其它部分还未发生相变时产生的。加热时材料的组织转变成奥氏体发生体积收缩时可出现塑性变形。如果材料的各部分同时发生相同的组织转变，则不产生应力。为此，缓慢加热可以适当降低加热变形，最好采用预热。

　此外，由于加热中因自重而出现“塌陷”变形的情况非常多，加热温度越高，加热时间越长，“塌陷”现象越严重。

四、冷却与变形

　 冷却不均时将产生热应力导致变形发生。因工件的外缘和内部存在冷却速度差异，该热应力是不可避免的，淬火情况下，热应力与组织应力叠加，变形更为复杂。加之组织的不均匀、脱碳等，还会导致相变点出现差异，相变的膨胀量也有所不同。

　 总之，“变形”是相变应力和热应力共同所致，但并非全部应力都消耗在变形上，而是一部分作为残余应力存在于工件中，这种应力就是导致时效变形和时效裂纹的原因。

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热处理变形的主要因素包括以下几个方面：

1. 内应力：钢材在加热和冷却过程中，由于温度分布不均匀或相变引起的内部应力，会导致材料发生变形。

2. 外应力：工件所受到的外部施加的应力，如自重、碰撞或夹持等，也会引起变形。

3. 加热速度：加热速度越快，工件尺寸越大，截面变化越大，会导致加热变形增大。

4. 均热性：材料的均热性差，即温度分布不均匀，也会导致变形。

5. 相变应力：相变时，材料的体积会发生变化，从而产生应力，引起塑性变形。

6. 温度梯度：冷却过程中的温度梯度不均匀，会导致热应力的产生，进而引起变形。

7. 组织转变：组织转变会伴随着体积的变化，如奥氏体转变成马氏体时会发生体积收缩或膨胀，从而导致变形。

总之，热处理变形是由内外应力、加热速度、温度梯度、组织转变等多种因素共同作用所导致的。为了减少变形，需要控制好这些因素，采取合适的工艺措施，如预热、控制温度和冷却速度等。
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