热处理变形控制及校正方法在实际生产中的应用.docx

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热处理变形控制及校正方法在实际生产中的应用

内容提要

在热处理过程中，工件变形是一种不可避免的现象。

变形量保持在一定的要求范围内不影响工件的使用，但变形过大、以至于超出公差要求范围则工件报废，不能使用，造成浪费。

本文通过对多年实际操作经验的总结，从理论上阐述了工件热处理产生变形的原因，并联系生产实际，介绍了在热处理各个环节中产生变形的因素并极具针对性的介绍了控制各种产生变形的因素，诸如：

分级淬火、等温淬火、预冷淬火等热处理控制变形方法及其他确实有效的变形控制方法。

并以实际生产中的产品为例，对比证明了相关控制并减小热处理变形的方法。

以及实际生产过程中，在产生较大变形的情况下，针对不同的产品特性所采取的校型方法。

1、热处理变形产生的原理及危害

工件淬火中引起的变形（宏观或微观）是操作中一种常见庛病，碳素钢薄板类工件在淬火前采用综合工艺可以在不同程度控制变形，对于模具钢、高速钢、量具钢可以结合分级淬火、等温淬火、预冷淬火减小变形量。

热处理的各个环节，都存在导致产生变形的因素。

物体的“热胀冷缩”是众所周知的一种现象，钢材同样也是如此，淬火时当高温工件放入淬火冷却剂时，遇冷工件必然会产生收缩。

工件截面上各部分的冷却是有先后的，因此各部分发生收缩也就有了先后，工件表面先冷却、先发生收缩，工件中心后冷却，还没有发生收缩。

这样表面的收缩就必然要受到中心部分的牵制。

这种由于工件表里热胀冷缩的不一致（即有温差）而造成的内应力称热应力。

钢在淬火冷却过程中还要发生奥氏体向马氏体组织的转变过程，由于奥氏体的比容较马氏体小得多，所以在奥氏体向马氏体转变的同时，也就伴随着发生体积的膨胀。

由于工件截面上各部分的冷却速度不一致，因此发生组织的转变和体积的膨胀也就不一致。

工件表面先冷到Ms点，先发生转变和膨胀，而此时中心部分却尚未（或正在）开始发生转变和膨胀，这样表面的体积必然要受到中心部分的约束。

这种由于工件表里组织转变的不一致而造成的内应力称组织应力。

对每一个淬火工件来讲，既有热应力，又有组织应力，问题在于这两种应力综合的结果如何。

当这两种应力的综合结果超过了钢材的屈服强度（δs）时，则引起变形，当这两种内应力综合的结果超过了钢材的强度极限（δb）时，则将引起钢材发生开裂的危险。

2、变形的控制方法

2.1热处理过程中控制变形的方法

2.1.1加热控制法

2.1.1.1对于形状复杂的重要零件及薄板件或工具，可在加热淬火前进行一次或两次预热，这样可以减少工件表里的温差所造成的热应力。

2.1.1.2在保证硬度的前提下选正常淬火温度下限和采用冷却能力较为缓慢的淬火冷却剂。

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2.1.1.3在可能条件下，最好采用分级淬火或等温淬火法。

此外，预冷淬火和双液淬火法也是减小工件淬火应力和变形的一效方法。

2.1.2冷却控制法

对于厚薄不对称、孔洞不对称，存在直角、尖角、盲孔等，加热前可以局部绑扎或填堵孔洞，冷却时可采用局部预冷或分先后次序冷却的方法，还可以通过控制冷却温度，调节残余奥氏体量达到微变形的效果。

2.1.3淬火操作控制方法

2.1.3.1细长工件（钻头、长大铣刀、扣箱锥）或薄而平的工件应十分垂直地浸入，以防弯曲。

2.1.3.2薄壁环状工件（如圆环、套圈）应轴向垂直浸入淬火冷却剂中。

2.1.3.3厚薄不均的零件，要有选择地将零件的某一部位先预冷或先淬入介质中，以尽可能使零件整体各个方向上的冷却速度均匀。

2.2热处理前控制变形的方法

2.2.1消除应力控制法

工件从毛坯制造开始，经多道工序后，存在复杂的加工应力，如果将较大的加工残余应力带入热处理的加热过程，零件热处理后产生的变形量，很可能会超过预留给热处理工序的加工余量。

2.2.2装炉方式控制法

细长轴、条状、薄板类零件，宜垂直吊挂在加热炉中加热（去应力、加热过程、淬火过程、回火过程）不宜在箱式炉中平放或斜放，齿轮经渗碳或碳氮共渗后的淬火，必须使用专用淬火压床或专用夹具，以防止产生翘曲变形。

3、生产中应用控制变形方法的实例

3.145#钢垫板380*260*5（mm）淬火变形的控制

产品图纸见图3-1，采用多种热处理方式进行对比试验，具体工艺参数见表3-1。

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）钢垫板45#380*260*5（mm图3-1

）热处理工艺参数对比钢垫板380*260*5（mm表3-145#

加热设去应力设保温淬火介淬火后硬回火温变形

停留时HRC

）

温度时（一温时千瓦4<0.4工艺1式电阻分37

3m

92℃专业文档供参考，如有帮助请下载。

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千瓦箱45340℃工艺标式>3mm

61

58～10分钟盐水（静止）无无电阻炉60准㈡分钟790℃井式低温回火炉160℃硝盐采用垂直吊挂垂直吊挂<0.3m600℃中温盐浴炉自设标50

48～℃200分钟3分钟3分钟℃、65030

m

分钟20840准℃分钟取出后空冷℃以下、缓冷30060空冷

碳酸钠水溶液洗涤工件，时间为10%℃的5～注：

回火后用80～100分钟后取出。

分钟，然后在防锈槽浸入530采用油淬，变形量能达到标准，但硬度不合格。

工艺标准㈠采用亚温盐水淬，硬度能达到标准，但成扭曲变形，回火工艺标准㈡，达不到标准、耗时、效率低。

0.8mm热校直所用时间30分钟，变形量为～HRC48采用自设标准：

变形量均小于0.3mm，硬度均匀，正好在合格，这种方法节约时间，提高效率，块垫板，交验100%50之间，共18降低劳动强度，切实可行。

样板体淬火变形的控制65Mn3.2

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样板体图3-265Mn

具体工艺参数3-2，采用多种热处理方式进行对比试验，产品图纸见图见表3-2。

热处理工艺参数对比65Mn表3-2

回火温淬火后硬淬火介保温去应力预加热

变形（一时）

备温停留时HRC

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温度、时间千瓦45>0.3m分10工艺标箱式无～62无油58无m

钟电阻炉准㈠840℃

井式低温回火炉垂

160

℃硝盐

自设标准

直吊挂600℃、6503020分钟

中温盐℃5浴炉分钟℃800

分钟

分级淬火3分钟取出空冷

<0.3m55

～50m

垂直吊挂200分钟60

℃缓冷300以下、空冷

材质淬火后65Mn3-2工艺标准

（一）淬火后工件变形，由于采用表淬透性比碳钢高，因65Mn校型困难，变形问题比较棘手。

采用自设标准：

降低，所以加热温Ac3Ac1脱碳倾向小，然而过热敏感性较大，锰又使、分钟，其余数据5800℃，保温度，保温时间要注意，故中温盐温度改为达到标准。

20。

共块供外样板体硬度、变形量均100%3-2同表样板淬火变形的控制3.3T10

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样板体3-3图具体工艺参数采用多种热处理方式进行对比试验，产品图纸见图3-3，。

见表3-3

样板热处理参数对比表3-3T10

℃回火淬火后硬度260去应力设备、淬火介质保温加热设备

预热变形量停留时间分钟HRC

温度60时间温度、时间硝16045千瓦箱式℃65

66

～640.4分钟15改进前无无电阻炉63盐0.6mm

～～℃分钟3840井式回火炉硝℃千瓦箱式18045℃垂直吊挂60064

65

～盐分钟12电阻炉620.4mm

㈠实验～0.2～62分钟分30℃65030℃8203分钟钟缓冷专业文档供参考，如有帮助请下载。

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℃空冷300

井式低温回火炉采用垂千瓦箱式45硝℃200直吊挂电阻炉600℃

60

～62

<=0.3mm

57实验㈡10分钟盐60～分650℃30℃炉内80030分钟

2分钟钟缓冷先加平垫板300℃空冷

不同尺寸的工不同形状、厚度相同）种生产共30150块供外件（采用实验

（二）数据，97%

块合格，合格率件，一次交验145<10形状复杂的样板体，其厚度、45#尺寸较大的薄板、65MnT10A对于碳素钢毫米以下，采用合理的分级淬火方法，均能达到所需标准。

4、生产中应用校正变形方法的实例4.1淬火状态校直法4.1.1生产制造轨道起重机专用的深孔钻头，HRC65）（W18Cr4V，技术要求：

63～材质：

尺寸：

φ50*600（mm），0.3mm变形量≤。

点左右尚存在大量奥氏体、塑性好，易于变形的根据工件冷却到Ms（工℃左右生产中采用300℃，的特点进行校直，W18Cr4VrMs点为220件从油中取出后冒白烟，但不着火为宜）必须手法熟练、动作迅速，根据以）0.2mm～（零件大小适当掌握加压停留时间，并注意适当压反过去0.1℃以上区域完成，校好后要吊100抵消回火后变形的恢复，校直过程要在专业文档供参考，如有帮助请下载。

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挂，并及时回火。

4.1.2木工机专用创刃

尺寸：

600*40*5（mm），材料：

65Mn，技术要求：

（50～60）HRC，变形量≤0.3mm。

65Mn的Ms点为270℃，生产中采用油中冷却至200℃以上取出（冒烟）铁锤点击校正，要注意控制终校温度和手法的轻重，一般不低于60℃，否则易造成断裂，校直后320℃加压回火，利用回火过程中的塑性与应力松驰进行校直，效果好。

4.2热点校直法

45#钢A型扣箱锥、T10A长剪刃、18CrMnTi花键轴，利用氧、乙炔火焰等热源小面积加热零件弯曲处，同时加以一定压力或通过热胀冷缩作用将工件校直，其温度不得超过900℃根据材质水冷或油冷，校直后必须低温回火一次，合金钢热点前最好预热以防开裂。

4.3回火余热校直法

采用300℃以上温度回火工件，利用回火出炉热塑性加压校直，校直后工件继续空冷。

如图4-1的上模镶块，材质45#钢，热处理后硬度要求（38～42）HRC。

图4-1上模镶块

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表4-1上模镶块热处理工艺参数对比

淬火温度

保温时间

淬火介质

校正方法

回火温度、时间

工艺标准

（820－830）℃40（没烧透）136－φ

～50分钟

盐水

热点校直

（360～90～120

400）℃分钟

自设标准

堵孔840℃

60分钟

预冷在围采用温水降温以达到整体冷速均匀防止

孔周－φ613

回火后带温油压机

380120

℃分钟

开裂的目的

采用自设标准：

校直前变形量>1.5mm，硬度（54～56）HRC；校直后，变形量≤0.3mm，硬度（39～41）HRC。

校直方法还有很多，应结合具体工件，采用合理方法，达到标准要求。

结论：

本文通过对在热处理工艺流程中各种对热处理产品产生变形的因素的分析，针对各因素特点，通过特定热处理手段及热处理前后的准备工作，控制热处理产品的变形量。

控制方法如下：

1、热处理控制方法：

包括控制加热方式、控制冷却方法、控制热处理淬火过程中的操作方法三种控制方式。

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