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)生變形主要是因為金屬內(nèi)部的組織和結(jié)構(gòu)發(fā)生改變在化學(xué)作用和機械作用下產(chǎn)生的，使金屬合金從而獲得改善材料機能的工藝。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，處理過程之中也會產(chǎn)生不可避免的變形，而這又是機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，但是它們的基本過程都是熱作用過程，都是由加熱、保溫、冷卻三個階段組成的。臺車爐的整個工藝過程都可以用加熱速度、加熱 溫度、保溫時間、冷卻速度以及熱處理周期等幾個參數(shù)來描述。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)范就得不到準確的執(zhí)行，以至造成產(chǎn)品質(zhì)量下降甚至報廢。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度損失相對減少，塑性抗力增強。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，變形就會減少；
（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降低，由此而導(dǎo)致的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力也相對減少，這樣變形就會減少；
（3）假如工藝溫降低、且熱處理工藝時間縮短，則工件的高溫蠕變時間減少，變形也會減少。
二、變形的其它影響因素及減小措施
（一）準備熱處理
正火硬渡過高、混晶、大量索氏體或魏氏組織都會使內(nèi)孔變形增大，所以要用控溫正火或等溫退火來處理鍛件。金屬的正火、退火以及在進行淬火之前的調(diào)質(zhì)，都會 對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。實踐證實，在正火時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）運用合適的冷卻方法
金屬淬火后冷卻過程對變形的影響也是很重要的一個變形原因。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；采用分級冷卻淬火能明顯減少金屬淬火時產(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)過中頻感應(yīng)爐熱處理后在冷卻過程中，老是薄的部分降溫快，厚的部分降溫慢。在制定出實際出產(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稱性，以減少因為冷卻不均引起的畸變；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、臺階處要有圓角過渡；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，來減小變形，可改變裝夾方式，盤類零件與油面垂直，軸類零件立裝，使用補償墊圈，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)，實驗和實踐證實，再其他前提無差異的條件下，油性介質(zhì)的冷卻速度較慢，而水性介質(zhì)的冷卻速度則相對快一 些。而且，和油性介質(zhì)比擬，水溫變化對水性介質(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)相對水性介質(zhì)淬火后的變形量要相對小。