热处理变形的原因
热处理变形的原因及控制措施
引言 钢件在热处理过程中由于钢中组织转变时比 容变化所造成的体积膨胀， 以及热处理所引起的塑 性变形，使钢件体积及形状发生不同程度改变， 造 成零件的形状和尺寸偏差 . 热处理变形会使工件前 期加工获得的精度受到严重损失， 这些损失有时甚 至通过复杂, 先进的修形技术 （磨齿, 校直等 ） 也难 以恢复 . 这将直接影响工件的精度,强度, 运转时的 噪音, 振动 ,传输功率损失 ,和使用寿命等. 这样即 使用世界上最先进的机床 , 磨床， 也很难加工出高 精度 , 高附加值的产品来 , 由此可见解决热处理变 形的重要性 . 因此， 分析研究工件热处理变形, 开裂 的原因， 掌握其规律性， 并找出减小变形 ,防止开裂 的技术措施， 具有十分重要的意义. 1 热处理变形, 开裂的原因 在生产实际中，热处理变形的表现形式多种多 样， 有体积和尺寸的增大和收缩变形， 也有弯曲 ,歪 扭 , 翘曲等变形， 就其产生的根源来说是由内应力 [1] 所造成的 . 根据内应力的形成原因不同， 可分为热 应力与组织应力 . 工件的变形就是这两种应力综合 影响的结果 . 当应力大于材料的屈服极限时， 就会 发生永久变形， 如果大于材料的强度极限， 工件就 会开裂， 开裂零件无法挽救， 只能报废[2]. 在加热和 冷却过程中， 零件的内外层加热和冷却速度不同造
2013 年第 1~2 期 （ 总第41- 42 期 ）
达州职业技术学院学报
机电与信息技术
热处理变形的原因及控制措施
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1j85热处理变形
1j85热处理变形
（最新版）
目录
1.热处理变形的概念与原因
2.热处理变形的影响
3.热处理变形的预防与控制措施
4.结论
正文
一、热处理变形的概念与原因
热处理变形是指金属材料在加热和冷却过程中，由于温度变化引起的内部组织结构和外形尺寸的变化。
热处理变形的原因主要与金属材料的热膨胀系数、热传导性能、组织结构变化等因素有关。
二、热处理变形的影响
热处理变形会对金属材料的尺寸精度、形状和表面质量产生影响，严重时可能导致零件失效。
因此，对于高精度、复杂形状的零件，热处理变形的控制至关重要。
三、热处理变形的预防与控制措施
1.合理设计零件结构，减小热处理变形
在设计零件时，应尽量采用对称结构，减小热处理变形。
此外，可以选择适当的材料和热处理工艺，以降低变形风险。
2.采取适当的预热和冷却措施
通过适当的预热，可以减小金属材料在加热过程中的变形。
而在冷却过程中，采用缓慢冷却或控制冷却速度，可以减少冷却变形。
3.控制热处理过程中的温度分布
在热处理过程中，应尽量使金属材料各部分的温度分布均匀，以减少因温度差异引起的变形。
4.进行热处理后的加工
对于已经发生变形的零件，可以通过精加工来消除变形，确保零件尺寸精度和形状。
四、结论
热处理变形是金属材料在热处理过程中常见的问题，对零件的尺寸精度和形状产生影响。
通过采取合理的设计、预热和冷却措施，以及控制热处理过程中的温度分布，可以有效预防和控制热处理变形。
薄壁件热处理变形
薄壁件热处理变形
薄壁件热处理变形是指在薄壁件进行热处理过程中，由于温度变化引起的尺寸变化和形状变化。
薄壁件在热处理过程中，由于温度的变化，会导致材料的热膨胀或收缩，从而引起尺寸的变化和形状的变化。
薄壁件热处理变形的主要原因有以下几点：
1. 热膨胀：材料在加热过程中会发生热膨胀，导致尺寸的增大。
而在冷却过程中，材料会发生收缩，导致尺寸的减小。
这种热膨胀和收缩的差异会引起薄壁件的形状变化。
2. 相变：在热处理过程中，材料可能会发生相变，如晶体结构的改变，从而引起尺寸和形状的变化。
3. 内应力释放：在热处理过程中，材料内部的应力可能会得到释放，从而引起尺寸和形状的变化。
为了减小薄壁件热处理变形，可以采取以下措施：
1. 控制热处理温度和时间：合理选择热处理温度和时间，避免过高的温度和过长的时间，从而减小热膨胀和收缩的差异。
2. 采用适当的冷却方式：选择适当的冷却方式，如快速冷却或缓慢冷却，可以控制材料的热膨胀和收缩，减小变形。
3. 采用适当的工艺参数：调整热处理的工艺参数，如加热速度、冷却速度等，可以减小薄壁件的变形。
4. 采用适当的夹具和支撑：在热处理过程中，使用适当的夹具和支撑，可以控制薄壁件的形状变化，减小变形。
薄壁件热处理变形是一个复杂的问题，需要综合考虑材料的性质、热处理工艺参数等因素，采取合适的措施来减小变形。
9个影响热处理变形的因素
9个影响热处理变形的因素一、变形的原因钢的变形主要原因是钢中存在内应力或者外部施加的应力。
内应力是因温度分布不均匀或者相变所致，残余应力也是原因之一。
外应力引起的变形主要是由于工件自重而造成的“塌陷”，在特殊情况下也应考虑碰撞被加热的工件，或者夹持工具夹持所引起的凹陷等。
变形包括弹性变形和塑性变形两种。
尺寸变化主要是基于组织转变，故表现出同样的膨胀和收缩，但当工件上有孔穴或者复杂形状工件，则将导致附加的变形。
如果淬火形成大量马氏体则发生膨胀，如果产生大量残余奥氏体则相应的要收缩。
此外，回火时一般发生收缩，而出现二次硬化现象的合金钢则发生膨胀，如果进行深冷处理，则由于残余奥氏体的马氏体化而进一步膨胀，这些组织的比容都随着含碳量的增加而增大，故含碳量增加也使尺寸变化量增大。
二、淬火变形的主要发生时段1.加热过程：工件在加热过程中，由于内应力逐渐释放而产生变形。
2.保温过程：以自重塌陷变形为主，即塌陷弯曲。
3.冷却过程：由于不均匀冷却和组织转变而至变形。
三、加热与变形当加热大型工件时，存在残余应力或者加热不均匀，均可产生变形。
残余应力主要来源于加工过程。
当存在这些应力时，由于随着温度的升高，钢的屈服强度逐渐下降，即使加热很均匀，很轻微的应力也会导致变形。
一般，工件的外缘部位残余应力较高，当温度的上升从外部开始进行时，外缘部位变形较大，残余应力引起的变形包括弹性变形和塑性变形两种。
加热时产生的热应力和想变应力都是导致变形的原因。
加热速度越快、工件尺寸越大、截面变化越大，则加热变形越大。
热应力取决于温度的不均匀分布程度和温度梯度，它们都是导致热膨胀发生差异的原因。
如果热应力高于材料的高温屈服点，则引起塑性变形，这种塑性变形就表现为“变形”。
相变应力主要源于相变的不等时性，即材料一部分发生相变，而其它部分还未发生相变时产生的。
加热时材料的组织转变成奥氏体发生体积收缩时可出现塑性变形。
如果材料的各部分同时发生相同的组织转变，则不产生应力。
钢件热处理容易变形的温度
钢件热处理容易变形的温度
钢件热处理时容易发生变形的温度取决于钢的成分、形状和尺寸。
一般来说，钢在高温下会变得柔软，容易变形。
具体来说，碳
钢在大约727°C至927°C的温度范围内进行热处理时，会变得易
于塑性变形。
对于合金钢来说，这个温度范围可能会更高一些。
在进行热处理时，需要考虑钢件的形状和尺寸。
较薄的钢板或
钢管在高温下更容易发生变形，因为其表面积相对较大，容易受热
不均匀的影响。
相反，较厚的钢块可能在热处理过程中更容易保持
形状稳定。
除了温度外，冷却速度也会影响钢件的变形。
快速冷却可能会
导致内部和外部温度差异，从而引起形状变化。
因此，在热处理过
程中，控制冷却速度也是非常重要的。
此外，适当的热处理工艺和设备也可以减少钢件的变形。
例如，采用适当的夹具和支撑结构可以帮助钢件在热处理过程中保持稳定
的形状。
总之，钢件在热处理过程中容易发生变形的温度是一个复杂的
问题，需要综合考虑钢的成分、形状、尺寸以及热处理工艺等因素。
在实际操作中，需要根据具体情况采取合适的措施来减少变形的发生。
各种热处理工艺造成变形的原因总结
各种热处理工艺造成变形的原因总结
热处理是一种通过加热和冷却来改变材料结构和物理性质的工艺。
然而，热处理过程中材料的变形是不可避免的。
以下是造成变形的一些原因：
1. 冷却速率不均匀 - 在冷却过程中，若不同部位的冷却速度不同，则会导致材料的不均匀收缩，进而引起变形。
2. 热处理温度不合适 - 若热处理温度过高或过低，则会导致晶粒尺寸的变化，从而引起材料变形。
3. 热处理时间不合适 - 若热处理时间过长或过短，则会影响材料晶粒的尺寸和分布，从而引起变形。
4. 材料内应力 - 在热处理过程中，由于不同部位的冷却速度不同，产生的内应力会导致材料变形。
5. 材料形状和尺寸 - 材料的形状和尺寸也是导致变形的重要因素，不同形状和尺寸的材料在热处理过程中的变形情况也不同。
总之，热处理过程中材料变形是一种不可避免的现象。
为了减少变形，需要在热处理前仔细考虑材料的形状、尺寸和热处理条件，并采取相应的措施来降低变形风险。
- 1 -。
热处理变形的原因
很多客户在咨询热处理加工的时候，就告诉小编要求不变形，每次对于这样的要求，小编都感到无能为力。
热处理变形的原因究竟是什么呢？今天小编就带大家一起了解下热处理变形的那些事。
(1)凡是牵涉到加热和冷却的热处理过程，都可能造成工件的变形。
工件变形更主要是冷却方面。
由于冷却过程中，零件表面与中心的冷却速度不同，从而造成温度差，其体积收缩在表面与中心也就不一样，产生热应力。
另一方面是钢在转变时比体积发生变化（马氏体是各种组织中比体积最大的一个；奥氏体比体积小），由于工件截面上各处转变先后不同，产生组织应力。
工件淬火变形就是热应力和组织应力综合作用影响的结果。
(2)工件的结构形状、原材料质量、热处理前的加工状态、工件的自重以及工件在炉中加热和冷却时的支承或夹持不当，冷却投入方向、方法和冷却时在冷却中的动作不当等也能引起变形。
加热温度高，冷却速快，故淬火变形最为严重。
(3)工件热处理后的不稳定组织和不稳定的应力状态，在常温和零下温度长时间放置或使用过程中，逐渐发生转变而趋于稳定，也会伴随引起工件的变形，这种变形称为时效变形。
时效变形虽然不大，但是对于精密零件和标准量具也不许的。
实际生产中必须予以防止。
(4)热处理过程中产生的内应力有
热应力和相变应力，它们的形成原因和作用是不同的。
这种应力在热处理过程中对变形影响是主要的原因。
热处理变形的原因
热处理变形的原因在实际生产中，热处理变形给后续工序，特别是机械加工增加了很多困难，影响了生产效率，因变形过大而导致报废，增加了成本。
变形是热处理比较难以解决的问题，要完全不变形是不可能的，一般是把变形量控制在一定范围内。
一、热处理变形产生的原因钢在热处理的加热、冷却过程中可能会产生变形，甚至开裂，其原因是由于淬火应力的存在。
淬火应力分为热应力和组织应力两种。
由于热应力和组织应力作用，使热处理后零件产生不同残留应力，可能引起变形。
当应力大于材料的屈服强度时变形就会产生，因此，淬火变形还与钢的屈服强度有关，材料塑性变形抗力越大，其变形程度越小。
1.热应力在加热和冷却时由于零件表里有温差存在造成热胀冷缩的不一致而产生热应力。
零件由高温冷却时表面散热快，温度低于心部，因此表面比心部有更大的体积收缩倾向，但受心部阻碍而使表面受拉应力，而心部则受压应力。
表里温差增大应力也增大。
2.组织应力组织应力是因为奥氏体与其转变产物的比容不同，零件的表面和心部或零件各部分之间的组织转变时间不同而产生的。
由于奥氏体比容最小，淬火冷却时必然发生体积增加。
淬火时表面先开始马氏体转变，体积增大，心部仍为奥氏体体积不变。
由于心部阻碍表面体积增大，表面产生压应力，心部产生拉应力。
二、减少和控制热处理变形的方法1.合理选材和提高硬度要求对于形状复杂，截面尺寸相差较大而又要求变形较小的零件，应选择淬透性较好的材料，以便使用较缓和的淬火冷却介质淬火。
对于薄板状精密零件，应选用双向轧制板材，使零件纤维方向对称。
对零件的硬度要求，在满足使用要求前提下，尽量选择下限硬度。
2.正确设计零件零件外形应尽量简单、均匀、结构对称，以免因冷却不均匀，使变形开裂倾向增大。
尽量避免截面尺寸突然变化，减少沟槽和薄边，不要有尖锐棱角。
避免较深的不通孔。
长形零件避免截面呈横梯形。
3.合理安排生产路线，协调冷热加工与热处理的关系对于形状复杂、精度要求高的零件，应在粗、精加工之间进行预先处理，如消除应力、退火等。
冲压件和锻造件热处理变形
冲压件和锻造件热处理变形的原因和解决方法如下：
•原因。
在热处理过程中，由于加热和冷却速度不当、加热温度不均匀、材料内部应力分布不均等因素，导致冲压件和锻造件
发生变形。
•解决方法。
合理选材，选择微变形模具钢；模具结构设计要合理，厚薄不要太悬殊，形状要对称；精密复杂模具要进行预先
热处理，消除机械加工过程中产生的残余应力；合理选择加热
温度，控制加热速度，采取缓慢加热、预热和其他均衡加热的
方法来减少模具热处理变形；在保证模具硬度的前提下，尽量
采用预冷、分级冷却淬火或温淬火工艺；在条件许可的情况下，
尽量采用真空加热淬火和淬火后的深冷处理；采用预先热处理、时效热处理、调质氮化热处理来控制模具的精度；修补模具砂
眼、气孔、磨损等缺陷时，选用冷焊机等热影响小的修复设备
以避免修补过程中变形的产生。
此外，还可以通过堵孔、绑孔、机械固定、选择正确的冷却方向等方法来减少精密复杂模具的变形。
热处理变形基础知识
热处理变形工件的热处理变形—主要是由于热处理应力造成的。
工件的结构形状、原材料质量、热处理前的加工状态、工件的自重以及工件在炉中加热和和冷却时的支承或夹持不当等因素也能引起变形。
凡是牵涉到加热和冷却的热处理过程,都可能造成工件变形。
但是,淬火变形对热处理质量的影响最大。
严重的淬火变形往往很难通过最后的精加工加以修正,即使对淬火变形的工件能够进行校正和机加工修整,也会因而增加生产成本。
工件热处理后的不稳定组织和不稳定的应力状态,在常温和零下温度,长时间放置或使用过程中,逐渐发生转变而趋于稳定,也会伴随引起工件的变形,这种变形称为时效变形。
时效变形虽然不大,但是对于精密零件和标准量具也是不允许的。
工件的热处理变形分为尺寸变化(体积变形)和形状畸变两种形式。
尺寸变形归因可相变前后比体积差引起工件的体积改变,形状畸变则是由于热处理过程中,在各种复杂应力综合作用下,不均匀的塑性变形造成的。
这两种形式的变形很少单独存在,但是对具体工件和热处理工艺,可能以一种形式的变形为主。
1>工件热处理的尺寸变化不同的组织具有不同的体积。
常见组织的比体积表如下;组织wc(％) 室温下的比体积/ (cm3/g)奥氏体0—2 0.1212+0.0033(C％)马氏体0---2 0.1271+0.0025(C％)铁素体0---0.02 0.1271渗碳体 6.7+-0.2 0.130+-0.001∈-碳化物8.5+-0.7 0.140+-0.002石墨100 0.451铁素体+渗碳体0---2 0.1271+0.0005(C％)低碳马氏体+∈-碳化物0---2 0.1277+0.0015(C％-0.25)铁素体+∈-碳化物0---2 0.1271+0.0015(C％)工件在热处理加热和冷却过程中,由于相变引起的体积差造成的体积变形。
碳钢组织转变引起的尺寸变化组织转变体积变化(％) 尺寸变化(％)球状珠光体->奥氏体- 4.64+2.21(wc) - 0.015+0.0074(wc)奥氏体->马氏体 4.64 – 0.53 (wc) - 0.0155+0.0018(wc)球状珠光体->马氏体 1.68 (wc) 0.0056(wc％)奥氏体->下贝氏体 4.64 – 1.43 (wc) 0.0156 – 0.0048(wc)球状珠光体->下贝氏体0.78 (wc) 0.0026(wc)奥氏体->铁素体->渗碳体 4.64 – 2.21(wc) 0.0155 – 0.0074(wc)球状珠光体->铁素体->渗碳体0 02>工件热处理的形状畸变工件热处理的形状畸变有多种原因。
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热处理变形的原因
在实际生产中，热处理变形给后续工序，特别是机械加工增加了很多困难，影响了生产效率，因变形过大而导致报废，增加了成本。
变形是热处理比较难以解决的问题，要完全不变形是不可能的，一般是把变形量控制在一定范围内。
一、热处理变形产生的原因
钢在热处理的加热、冷却过程中可能会产生变形，甚至开裂，其原因是由于淬火应力的存在。
淬火应力分为热应力和组织应力两种。
由于热应力和组织应力作用，使热处理后零件产生不同残留应力，可能引起变形。
当应力大于材料的屈服强度时变形就会产生，因此，淬火变形还与钢的屈服强度有关，材料塑性变形抗力越大，其变形程度越小。
1.热应力
在加热和冷却时由于零件表里有温差存在造成热胀冷缩的不一致而产生热应力。
零件由高温冷却时表面散热快，温度低于心部，因此表面比心部有更大的体积收缩倾向，但受心部阻碍而使表面受拉应力，而心部则受压应力。
表里温差增大应力也增大。
2.组织应力
组织应力是因为奥氏体与其转变产物的比容不同，零件的表面和心部或零件各部分之间的组织转变时间不同而产生的。
由于奥氏体比容最小，淬火冷却时必然发生体积增加。
淬火时表面先开始马氏体转变，体积增大，心部仍为奥氏体体积不变。
由于心部阻碍表面体积增大，表面产生压应力，心部产生拉应力。
二、减少和控制热处理变形的方法
1.合理选材和提高硬度要求
对于形状复杂，截面尺寸相差较大而又要求变形较小的零件，应选择淬透性较好的材料，以便使用较缓和的淬火冷却介质淬火。
对于薄板状精密零件，应选用双向轧制板材，使零件纤维方向对称。
对零件的硬度要求，在满足使用要求前提下，尽量选择下限硬度。
2.正确设计零件
零件外形应尽量简单、均匀、结构对称，以免因冷却不均匀，使变形开裂倾向增大。
尽量避免截面尺寸突然变化，减少沟槽和薄边，不要有尖锐棱角。
避免较深的不通孔。
长形零件避免截面呈横梯形。
3.合理安排生产路线，协调冷热加工与热处理的关系
对于形状复杂、精度要求高的零件，应在粗、精加工之间进行预先处理，如消除应力、退火等。
做好毛坯预备热处理，使组织更加均匀化。
4.改进热处理工艺和操作
（1）热处理温度的控制
在满足热处理工艺要求的情况下，尽量降低淬火加热温度且缩短保温时间，这样零件的高温强度损失较少。
塑性抗力增强，零件的抗应力形变、抗淬火变形的综合能力增强，从而减少了变形。
（2）选择较缓和的淬火冷却介质
冷却是淬火的关键工序，它关系到淬火质量的好坏，也是淬火工艺中最容易出现问题的环节，金属淬火后冷却过程对变形的影响也是很重要的一个原因。
热油淬火比冷油淬火变形小，一般控制在90℃左右。
在保证硬度的前提下，尽量采用油性介质，油性介质冷却速度较慢，而水性介质冷却速度相对快一些，而且水温变化对水性介质冷却特性影响较大。
采用分级淬火能显著减少金属淬火时产牛的热应力和组织应力，是减少一些形状复杂零件的有效办法。
这种淬火方法由于在马氏体转变前零件各部分温度已经趋于均匀，并在缓慢冷却条件下完成马氏体转变，这样不仅减小了淬火热应力，而且显著降低组织应力，因而有效地减小或预防止零件淬火变形。
等温淬火也能显著减小零件变形，等温淬火与分级淬火的区别在于前者获得下贝氏体组织，由于下贝氏体组织的强度、硬度较高，而且韧性良好，比热容比马氏体的比热容小，组织转变时零件内外温度一致，故淬火组织应力也较小。
等温淬火和分级淬火只能适用于尺寸较小的零件。
（3）正确掌握热处理操作方法
为了减小和控制热处理变形还必须正确掌握热处理操作方法。
截面均匀冷却时，如细长轴类（丝锥、轴）垂直淬入，上下移动，也有垂直逐渐淬入并静止不动。
截面不均匀冷却时，水平快速淬入或倾斜淬入，如厚薄不均零件，应将厚的部分先淬入。
对于薄片应侧向进入，对带有孔和凹面零件，应将盲孔和凹面朝上淬入，以利于气泡排出。
总之，要使零件各处冷速均匀，有些需要防护的零件做好淬火前保护。
三、已变形零件的挽救方法
尽管采取减少变形措施，但变形仍不可避免，因此进行补救是很必要的，常用的方法有冷校直和热校直。
如果淬火回火后硬度低于40HRC的零件，可以采用冷校直直接用压力机校正。
如果金属在淬火冷却过程中，尚未冷却到马氏体开始转变温度点以下，此时零件塑性较好，进行加压校直效果良好，校直时加力应注意缓慢。
四、结语
热处理能改善零件的力学性能，提高零件的强度和硬度，满足各种性能需要，但引起的变形影响是不可避免的。
在选择预防热处理变形的具体方法时，应根据具体情况制定具体办法，许多办法都是源于实践，要反复试验才能探索规律。
我们要重视现阶段的热处理技术，不断学习先进技术，同时发展自主创新，不断提高热处理零件的质量及合格率，为热处理发展做出贡献。