淬火變形原因

1、 職業(yè)教育材料成型與控制技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫金屬材料與熱處理課程淬火變形原因主講教師：雷偉斌西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院淬火變形原因一、淬火變形基本規(guī)律淬火變形有兩種主要形式：一種是工件幾何形狀的變化，它表現(xiàn)為尺寸及外形的變化，通常稱為扭曲或翹曲，是淬火工件中熱應(yīng)力和組織應(yīng)力作用的結(jié)果；另一種是體積變化，又稱比體積差效應(yīng)，它表現(xiàn)為工件的各部分尺寸按比例地脹大或縮小，而工件外形并不改變，是組織轉(zhuǎn)變時比體積不同而引起的。實(shí)際工件的變形，往往同時兼有這兩種形式。熱應(yīng)力引起的變形表現(xiàn)為使工件沿最大尺寸方向收縮，沿最小尺寸方向脹大，即力圖使工件的棱角變圓，平面凸起，變得趨于球形。組織應(yīng)力引起的變形趨向與熱應(yīng)力引起

2、的恰好相反，它表現(xiàn)為工件沿最大尺寸方向伸長，沿最小尺寸方向收縮，力圖使工件棱角突出，平面內(nèi)凹，其外形好像一個承受外壓的真空容器一樣。組織轉(zhuǎn)變引起的比體積變化，一般總是使工件的體積在各個方向上作均勻的脹大或縮小。但對圓（方）孔體工件，尤其是壁厚較薄的工件，則當(dāng)體積增大或減小時，往往是高度、外徑（外廓）和內(nèi)徑（內(nèi)腔）等尺寸均同時增大或縮小。內(nèi)徑（內(nèi)腔）尺寸隨體積的同步變化，主要是由于體積變化時引起的內(nèi)腔周邊長度的尺寸變化超過了壁厚方向上的尺寸變化所引起的。二、影響淬火變形的因素影響淬火變形的因素很多，包括鋼的化學(xué)成分與原始狀態(tài)、熱處理工藝以及工件的幾何形狀等。1. 鋼的化學(xué)成分與原始狀態(tài)鋼的成分影

3、響馬氏體比體積、Ms點(diǎn)和淬透性等，從而影響淬火變形。鋼中碳含量越低，熱應(yīng)力的作用就越大。另外，因?yàn)榈吞捡R氏體比體積較小，組織應(yīng)力也較小。反之，碳含量越高，組織應(yīng)力的作用便越大。隨著合金元素含量的提高，鋼的屈服強(qiáng)度提高，淬透性也較好，一般均采用冷卻較緩和的淬火介質(zhì)，故淬火變形較小。Ms點(diǎn)的高低對淬火熱應(yīng)力影響不大，但對組織應(yīng)力影響很大。Ms點(diǎn)較高，則開始發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變時工件的溫度較高，尚處于塑性較好的狀態(tài)，因而在組織應(yīng)力的作用下很容易變形。所以，Ms點(diǎn)越高，組織應(yīng)力對變形的影響就越大。如Ms點(diǎn)較低，則發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變時工件溫度較低，塑性變形抗力較大，加之殘留奧氏體量也較多，所以組織應(yīng)力對變形的影響

4、就較小，此時工件就易于保留由熱應(yīng)力引起的變形趨勢。鋼的淬透性較好時，可以使用冷卻較為緩和的淬火介質(zhì)，其熱應(yīng)力就相對較??；同時，淬透性好，工件易淬透，其組織應(yīng)力和比體積差效應(yīng)的作用就相對較大，因而一般以組織應(yīng)力造成的變形為主。鋼的原始狀態(tài)是指淬火加熱前的組織類別（如珠光體、索氏體、回火索氏體）及組織成分的不均勻性（包括鋼中夾雜物、帶狀組織、成分偏析、游離碳化物顆粒分布的方向性等）。鋼的帶狀組織和成分偏析易使鋼加熱時奧氏體中成分不均勻，淬火后的組織也不均勻，即低碳、低合金元素區(qū)可能得不到馬氏體（得到托氏體或貝氏體），或得到比體積較小的低碳馬氏體，從而造成工件不均勻的變形。高碳合金鋼（如高速鋼W18

5、Cr4V和高鉻鋼Cr12）中碳化物分布的方向性，對鋼淬火變形的影響較為顯著，通常沿碳化物帶狀方向的變形要大于垂直方向的變形。因此，對于變形要求嚴(yán)格的工件，應(yīng)合理選擇帶狀方向，必要時應(yīng)當(dāng)改鍛。原始組織的比體積越大，則其淬火前后的比體積差就必然越小，從而可減少體積變形，所以預(yù)先球化處理的工件淬火后的變形小，調(diào)質(zhì)處理得到回火索氏體組織也可以減少淬火變形。2. 熱處理工藝提高淬火加熱溫度，不僅使熱應(yīng)力增大，而且由于淬透性增加，也使組織應(yīng)力增大，故將導(dǎo)致變形增大。冷卻速度越大，則淬火內(nèi)應(yīng)力越大，淬火變形也越大。但其中熱應(yīng)力引起的變形主要決定于Ms點(diǎn)以上的冷卻速度，而組織應(yīng)力引起的變形主要決定于Ms點(diǎn)以下

6、的冷卻速度。分級淬火時，工件在Ms點(diǎn)附近短時停留，可使截面溫度趨于均勻，而后在空氣中冷卻，可顯著減小組織應(yīng)方和變形。3. 工件幾何形狀與尺寸工件幾何形狀對淬火變形的影響極大。一般來講，形狀簡單、截面對稱的工件，淬火變形??；形狀復(fù)雜、截面不對稱的工件，淬火變形大。這是由于截面不對稱時會使工件產(chǎn)生不均勻的冷卻，從而在各個部位之間產(chǎn)生一定的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力。通常，在棱角和薄邊處冷卻較快，在凹角和窄溝槽處冷卻較慢，外表面比內(nèi)表面冷卻快，圓凸外表面比平面冷卻快。工件截面的不對稱又是造成翹曲變形的根本原因，所以如能人為地創(chuàng)造某些“不對稱”的冷卻條件（如將厚大截面部分先放入淬火介質(zhì)），使工件的不同部分盡可能得到均勻的冷卻，則將減少工件的