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如何減小金屬材料的熱處理變形

瀏覽次數: 日期:2010年12月17日 15:53

金屬材料的熱處理是將固態金屬或合金,采用適當的方式進行加熱、保溫和冷卻,有時並兼之以化學作用和機械作用,使金屬合金內部的組織和結構發生改變,從而獲得改善材料性能的工藝。熱處理工藝是使各種金屬材料獲得優良性能的重要手段。很多實際應用中合理選用材料和各種成形工藝並不能滿足金屬工件所需要的力學性能、物理性能和化學性能,這時熱處理工藝是必不可少的。  
但是熱處理工藝除了具有積極的作用之外,在處理過程中也不可避免地會產生或多或少的變形,而這又是機械加工中必須避免的,兩者之間是共存而又需要避免的關係,隻能采用相應的方法盡量把變形量控製在盡量小的範圍內。  
一、溫度是變形的關鍵因素 
工業上實際應用的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、保溫和冷卻三個階段組成的。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來描述。在熱處理工藝中,要用到各種加熱爐,金屬熱處理便在這些加熱爐中進行(如基本熱處理中的退火、淬火、回火、化學熱處理的滲碳、滲氨、滲鋁、滲鉻或去氫、去氧等等)。因此,加熱爐內的溫度測量就成為熱處理的重要工藝參數測量。每一種熱處理工藝規範中,溫度是很重要的內容。如果溫度測量不準確,熱處理工藝規範就得不到正確的執行,以至造成產品質量下降甚至報廢。溫度的測量與控製是熱處理工藝的關鍵,也是影響變形的關鍵因素。   
(1)工藝溫度降低後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)工藝溫度降低後工件加熱、冷卻的溫度區間減少,由此而引起的各部位溫度不一致性也會降低,由此而導致的熱應力和組織應力也相對減少,這樣變形就會減少; 
(3)如果工藝溫降低、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。  
減小熱處理變形需要合理的熱處理工藝。例如經熱處理後的20CRNI2MOA鋼齒圈齒表麵、齒心部硬度及有效硬化層深度均達到要求。圖1為模數MN=12MM的齒圈經不同溫度球化退火後的硬度梯度曲線。由圖1可以看出,在650℃球化退火後的硬度梯度和740℃球化+680℃等溫處理的硬度梯度結果相近,未經球化退火的齒輪的硬度較前兩個低。這是因為球化退火可使淬火後滲層表麵殘留奧氏體量減少,從而提高了齒表麵硬度,因此20CRNI2MOA鋼齒圈滲碳後應采用球化退火工藝,同時為減小熱處理變形,在650℃球化退火效果更好。  
二、變形的其它影響因素及減小措施
(一)預備熱處理  
正火硬度過高、混晶、大量索氏體或魏氏組織都會使內孔變形增大,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質,都會對金屬最終的變形量產生一定的影響,直接影響到的是金屬組織結構上的變化。實踐證明,在正火時采用等溫淬火可有效地使金屬組織結構趨於均勻,從而使其變形量減小。 
(二)運用合理的冷卻方法  
金屬淬火後冷卻過程對變形的影響也是很重要的一個變形原因。熱油淬火比冷油淬火變形小,一般控製在100±20℃。油的冷卻能力對變形也是至關重要的。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,冷卻越不均勻,產生的應力越大,模具的變形也越大。可以在保證模具硬度要求的前提下,盡量采用預冷;采用分級冷卻淬火能顯著減少金屬淬火時產生的熱應力和組織應力,是減少一些形狀較複雜工件變形的有效方法;對一些特別複雜或精度要求較高的工件,利用等溫淬火能顯著減少變形。
(三)零件結構要合理
金屬熱處理後在冷卻過程中,總是薄的部分冷得快,厚的部分冷得慢。在滿足實際生產需要的情況下,應盡量減少工件厚薄懸殊,零件截麵力求均勻,以減少過渡區因應力集中產生畸變和開裂傾向;工件應盡量保持結構與材料成分和組織的對稱性,以減少由於冷卻不均引起的畸變;工件應盡量避免尖銳棱角、溝槽等,在工件的厚薄交界處、台階處要有圓角過渡;盡量減少工件上的孔、槽筋結構不對稱;厚度不均勻零件采用預留加工量的方法。 
(四)采用合理的裝夾方式及夾具   
目的使工件加熱冷卻均勻,以減少熱應力不均,組織應力不均,來減小變形,可改變裝夾方式,盤類零件與油麵垂直,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)機械加工 
當熱處理是工件加工過程的最後工序時,熱處理畸變的允許值應滿足圖樣上規定的工件尺寸,而畸變量要根據上道工序加工尺寸確定。為此,應按照工件的畸變規律,熱處理前進行尺寸的預修正,使熱處理畸變正好處於合格範圍內。當熱處理是中間工序時,熱處理前的加工餘量應視為機加工餘量和熱處理畸變量之和。通常機械加工餘量易於確定,而熱處理由於影響因素多比較複雜,因此為機械加工留出足夠的加工餘量,其餘均可作為熱處理允許畸變量。熱處理後再加工,根據工件的變形規律,施用反變形、收縮端預脹孔,提高淬火後變形合格率。 
(六)采用合適的介質 
在保證同樣硬度要求的前提下,盡量采用油性介質,實驗和實踐證明,再其他條件無差異的前提下,油性介質的冷卻速度較慢,而水性介質的冷卻速度則相對快一些。而且,和油性介質相比,水溫變化對水性介質冷卻特性的影響較大,在同樣的熱處理條件下,油性介質相對水性介質淬火後的變形量要相對小。   
熱處理能改善工件的機械性能,提高工件的強度和硬度,但引起的變形影響是不可避免的。ag真钱要重視我國現階段的熱處理技術和裝備的改進,不斷學習國外先進的技術,提高熱處理工件質量及合格率,為我國的熱處理行業作出貢獻。 
 

所屬類別: 行業動態

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