热处理变形问题的解决办法

一、导致热处理变形的因素



1、碳含量及其对热处理变化量的影响



高碳钢屈服强度的升高，其变形量要小于中碳钢。对碳素钢来说，在大多数情况下，以T7A钢的变形量为最小。当碳的质量分数大于0.7％时，多趋向于缩小；但碳的质量分数小于0.7％时，内径、外径都趋向于膨胀。



碳素钢本身屈服强度相对较低，因而带有内孔(或型腔)类的碳素钢件，变形较大，内孔(或型腔)趋于胀大。合金钢由于强度较高，Ms点较低，残余奥氏体量较多，故淬火变形较小，并主要表现为热应力型的变形，其钢件内孔(或型腔)趋于缩小。因此，在与中碳钢同样条件下淬火时，高碳钢和高合金钢工件往往以内孔收缩为主。



2、合金元素对热处理变形的影响

合金元素对工件热处理变形的影响主要反映在对钢的Ms点和淬透性的影响上。大多数合金元素，例如锰、铬、硅、镍、钼、硼等，使钢的Ms点下降，残余奥氏体量增多，减小了钢淬火时的比体积变化和组织应力，因此减小了工件的淬火变形。合金元素显著提高钢的淬透性，从而增大了钢的体积变形和组织应力，导致工件热处理变形倾向的增大。此外，由于合金元素提高钢的淬透性，使临界淬火冷却速度降低，实际生产中，可以采用缓和的淬火介质淬火，从而降低了热应力，减小了工件的热处理变形。硅对Ms点的影响不大，只对试样变形起缩小作用；钨和钒对淬透性和Ms点影响也不大，对工件热处理变形影响较小。故工业上所谓微变形钢，均含有较多量的硅、钨、钒等合金元素。



3、原始组织和应力状态对热处理变形的影响



工件淬火前的原始组织,例如,碳化物的形态、大小、数量及分布，合金元素的偏析，锻造和轧制形成的纤维方向都对工件的热处理变形有一定影响。球状珠光体比片状珠光体比体积大，强度高，所以经过预先球化处理的工件淬火变形相对要小。对于一些高碳合金工具钢，例如,9Mn2V、CrWMn和GCr15钢的球化等级对其热处理变形开裂和淬火后变形的校正有很大影响，通常以2.5-5级球化组织为宜。调质处理不仅使工件变形量的绝对值减小，并使工件的淬火变形更有规律，从而有利于对变形的控制。



条状碳化物分布对工件的热处理变形有很大影响。淬火后平行于碳化物条带方向工件膨胀，与碳化物条带相垂直的方向则收缩,碳化物颗检愈粗大，条带方向的膨胀愈大。对于Cr12类型钢和高速钢等莱氏体钢来说，碳化物的形态和分布对淬火变形的影响尤为显著。



总之，工件的原始组织愈均匀，热处理变形愈小，变形愈有规律，愈易于控制。



4、淬火前工件本身的应力状态对变形有重要影响

特别是形状复杂，经过大进给量切削加工的工件，其残余应力若未经消除，对淬火变形有很大影响。



5、工件几何形状对热处理变形的影响

几何形状复杂，截面形状不对称的工件，例如带有键槽的轴，键槽拉刀、塔形工件等，淬火冷却时，一个面散热快，另一面散热慢，是一种不均匀的冷却。如果在Ms以上的不均匀冷却引起的变形占优势，则冷却快的一面是凹面，若在Ms以下的不均匀冷却引起的变形占优势，则冷却快的一面是凸面，增加等温时间，增长贝氏体转变量，使残余奥氏体更加稳定，减小空冷中的马氏体转变量，可使工件的变形量显著减小。



6、工艺参数对热处理变形的影响

无论是常规热处理还是特殊热处理，都可能产生热处理变形，分析热处理工艺参数对热处理变形的影响时，最重要的是分析加热过程和冷却过程的影响。加热过程的主要参数是加热的均匀性、加热温度和加热速度。冷却过程的主要参数是冷却的均匀性和冷却速度。不均匀冷却对淬火变形的影响与工件截面形状不对称造成的不均匀冷却情况相同，本节主要讨论其它工艺参数的影响。



二、热处理变形的预防与控制方法



1) 反向压弯法：根据轴类零件的热处理变形规律，可在淬火前预加一个应力，即在零件弯曲方向的反向压弯，以补偿淬火后所产生的弯曲变形，可减小校直工作量。适用于截面明显不均匀，变形严重的零件。



2) 静态淬火法：要求淬火冷却液的温度要均匀，并且是在淬火前刚被搅匀后的静止状态。将零件用钳子夹住，淬入冷却液中。这种方法可比用铅丝吊扎悬挂淬入变形量要小得多。



3) 零件设计均匀对称：零件的截面形状设计应尽量均匀对称,必要时可开工艺用槽。例如，镗杆上有两条对称的槽，实际上只用一条，另一条就是为了减小热处理变形而设计的。



4)采用专用淬火夹具淬火：如果零件截面是对称的，在出炉后可套入专用夹具，然后以垂直方向淬入冷却液。由于零件变形受到夹具的限制，一般都可以控制在预留余量范围以内。



5)利用埋入式盐浴炉加热：插入式盐浴炉加热,零件单面受热快,容易产生弯曲变形,而埋入式盐浴炉则温度较均匀，而且节能,也可采用流动粒子炉。



6)直吊横放：对于长零件淬火前后的存放,应注意不使零件因自重而弯曲,最好采用架子直吊。长途运输时，可采用多个塑料气垫包，这样不但能使零件自动取得平衡,且有减震作用。



7)淬火前消除应力：用于重要的容易变形的零件，例如精密长丝杆等。淬火前进行退火或正火以细化晶粒并使组织均匀化，减少内应力。淬火加热时严格控制加热温度。



三、热处理变形的机加工纠正方法。



以渗碳淬火齿轮轴为例，在渗碳前和淬火后的加工余量按标准很大,直接磨齿即不经济又不方便,硬度大,有什么方法直接加工呢？



采用非金属粘合剂HLCBN刀具BN-S20牌号可对淬硬工件，进行大余量一次走刀加工完成，BN-S20牌号超硬刀具能够大余量切除淬硬层，替代大余量粗磨加工，可省去退火后再进行二次淬火的传统加工方法，节约了加工费用和相应的工序成本，并大幅度提高生产效率。



全球闻名的瑞典SSAB钢铁集团所生产的颠覆性全新概念预硬工具钢TOOLOX拓达钢，采用CSR冶炼工艺具备ESR电渣重熔的超高纯净度及极低的S、P含量（0.008、0.002），拥有世界领先的热处理技术（1000°C/秒），极少的残留奥氏体，全部以预硬状态交货，最高硬度48HRC（甚至更高）是世界上最硬的预硬工具钢，即使在此高硬度之下也容易进行加工，瑞典皇家工学院堪称高硬度与韧性的完美结合，是提升生产效率的最佳选择，无需热处理一次性完成，**减少生产周期和热处理风险；其超高纯净度和极少的残留应力使得钢材的稳定性非常好，尺寸变形极少、高温性能优秀，被广泛应用于精密模具、精密机械零件、抗震刀具（刀柄、刀杆、刀盘）、夹具检具、耐高温零部件等领域，尤其是对尺寸变形有极高要求的零部件。

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