解决淬火变形问题的新方法
热处理淬火及变形
热处理淬火及变形热处理淬火及变形热处理工艺、操作与变形关系一、预处理淬火前通过对工件进行消除应力、改善组织的预备热处理，对减少淬火变形是非常有利的。
预处理一般包括球化退火、消除应力退火，有些还采用调质或正火处理。
①消除应力退火：在机械加工过程中，工件表层在加工方法、背吃刀量、切削速度等的影响下，会产生一定的残余应力，由于其分布的不均衡，导致了工件在淬火时产生了变形。
为了消除这些应力的影响，淬火前将工件进行一次消除应力的退火是必要的。
消除应力退火的温度一般为500-700℃，在空气介质中加热时，为防止工件产生氧化脱碳可采用500-550℃进行退火，保温时间一般为2-3h。
工件装炉时要注意可能因自重引起的变形，其他操作同一般退火操作。
②以改善组织为目的的预热处理：这种预处理包括球化退火、调质及正火等。
球化退火：球化球退火是碳素工具钢及合金工具钢在热处理过程中必不可少的工序，球化退火后所获得的组织对淬火变形趋势影响很大。
所以可以通过调整退火后的组织来减少某些工件有规律的淬火变形。
其他预处理：为减少淬火变形所采用的预处理方法有很多种，如调质处理、正火处理等。
针对工件产生淬火变形的原因及工件所用材料，合理地选用正火、调质等预处理对减少淬火变形是有效的。
但应对正火后引起的残余应力及硬度提高对机加工的不利影响应给予注意，同时调质处理对含WMn等钢可减少淬火时胀大，而对GCr15等钢种的减少变形作用不大。
在实际生产中要注意分清淬火变形产生的原因，即要分清淬火变形是由残余应力引起的还是由组织不佳引起的，只有这样才能对症处理。
若是由残余应力引起的淬火变形则应进行消除应力退火而不用类似调质等改变组织的预处理，反之亦然。
只有这样，才能达到减少淬火变形的目的，才能降低成本，保证质量。
以上各种预处理的具体操作同其他相应操作，此处不赘述。
二、淬火加热操作①淬火温度：淬火温度对工件的淬火变形影响很大。
其影响淬火变形趋势的一般规律如图所示。
解决淬火变形问题的新方法
冷却技术解决淬火变形问题的新方法用硬度—冷速曲线分析和解决零件淬火变形问题北京华立精细化工公司(北京昌平102200) 张克俭 生产中的淬火变形一直给工厂带来大量的麻烦和巨大的损失。
热处理行业期待的是能用来分析和解决实际工件淬火变形的系统而实用的方法。
以此为目标,本文发展了一种从钢的端淬曲线出发,分析和解决工件淬火变形问题的方法,以下简称“新方法”,供热处理行业采用并指正。
1 本法的适用范围说工件发生了淬火变形,是指工件上某些部位发生了超过图样公差的变形。
本文把工件上发生变形的部分和与之相关连的部位合称为该工件的参与淬火变形部位。
它需根据实际工件的(变形)情况来确定。
在已发生淬火变形的工件上,参与淬火变形的不同部位的硬度可能基本相同,也可能有明显差异。
硬度差异反应出这些部位的淬火转变产物(即组织)之不同。
由于不同的组织有不同的比容,比容差本身及其在淬火过程中的作用必然对淬火后的变形有直接的影响。
由于这样的原因,本文把最终发生了淬火变形的工件分为两类。
第一类:发生了淬火变形的工件其变形部位的硬度(指从表面测定的硬度,以下同)基本相同。
第二类:工件变形部位的硬度有明显差异。
排除淬火加热中和淬火冷却中因装挂及操作不当而引起的变形,在第一类情况下,由于最终转变产物的比容基本相同,其淬火变形完全是由淬火过程中的热应力和组织转变应力引起的;在第二类情况下,引起变形的原因既有淬火冷却过程中的应力作用,也有转变产物比容差的影响。
本文提出的概念和方法,仅限于用来分析和解决第二类即工件上参与变形部位有明显硬度差或虽无明显硬度差却伴有淬裂的淬火变形问题。
2 淬火变形工件的冷却速度带及减小变形的努力方向作为本方法的基础,先引入淬火变形工件的硬度—冷速曲线、冷却速度带及其跨区等概念。
2.1 硬度—冷速曲线的分区及其与淬火变形的关系图1是有代表性的顶端淬火曲线示意图。
为适应本文的需要,我们将下方的横座标定为冷却速度,并按冷却速度大小和淬火硬度分布,将端淬曲线分成四个区(如图1所示)。
如何解决淬火变形和淬火裂纹的问题
如何解决淬火变形和淬火裂纹的问题淬火的定义与目的将钢加热到临界点Ac3（亚共析钢）或Ac1 （过共析钢）以上某一温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后以大于临界淬火速度的速度冷却，使过冷奥氏体转变为马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺称为淬火。
淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或下贝氏体组织，然后配合以不同温度的回火，以大幅提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。
也可以通过淬火满足某些特种钢材的铁磁性、耐蚀性等特殊的物理、化学性能。
钢件在有物态变化的淬火介质中冷却时，其冷却过出一般分为以下三个阶段：蒸汽膜阶段、沸腾阶段、对流阶段。
钢的^透性淬硬性和淬透性是表征钢材接受淬火能力大小的两项性能指标，它们也是选材、用材的重要依据。
1.淬硬性与淬透性的概念淬硬性是钢在理想条件下进行淬火硬化所能达到的最高硬度的能力。
决定钢淬硬性高低的主要因索是钢的含碳量，更确切地说是淬火加热时固溶在奥氏体中的含碳量，含碳量越离，钢的淬硬性也就越高。
而钢中合金元素对淬硬性的影响不大，但对钢的淬透性却有重大影响。
淬透性是指在规定条件下，决定钢材淬硬深度和硬度分布的特性。
即钢淬火时得到淬硬层深度大小的能力，它是钢材固有的一种属性。
淬透性实际上反映了钢在淬火时，奥氏体转变为马氏体的容易程度。
它主要和钢的过冷奥氏体的稳定性有关，或者说与钢的临界淬火冷却速度有关。
还应指出：必须把钢的淬透性和钢件在具体淬火条件下的有效淬硬深度区分开来。
钢的淬透性是钢材本身所固有的属性，它只取决于其本身的内部因素，而与外部因素无关；而钢的有效淬硬深度除取决于钢材的淬透性外，还与所采用的冷却介质、工件尺寸等外部因索有关，例如在同样奥氏体化的条件下，同一种钢的淬透性是相同的，但是水淬比油淬的有效淬硬深度大，小件比大件的有效淬硬深度大，这决不能说水淬比油淬的淬透性高。
也不能说小件比大件的淬透性高。
热处理淬火及变形
热处理工艺、操作与变形关系一、预处理淬火前通过对工件进行消除应力、改善组织的预备热处理，对减少淬火变形是非常有利的。
预处理一般包括球化退火、消除应力退火，有些还采用调质或正火处理。
①消除应力退火：在机械加工过程中，工件表层在加工方法、背吃刀量、切削速度等的影响下，会产生一定的残余应力，由于其分布的不均衡，导致了工件在淬火时产生了变形。
为了消除这些应力的影响，淬火前将工件进行一次消除应力的退火是必要的。
消除应力退火的温度一般为500-700 ℃，在空气介质中加热时，为防止工件产生氧化脱碳可采用500-550 ℃进行退火，保温时间一般为2-3h。
工件装炉时要注意可能因自重引起的变形，其他操作同一般退火操作。
②以改善组织为目的的预热处理：这种预处理包括球化退火、调质及正火等。
——球化退火：球化球退火是碳素工具钢及合金工具钢在热处理过程中必不可少的工序，球化退火后所获得的组织对淬火变形趋势影响很大。
所以可以通过调整退火后的组织来减少某些工件有规律的淬火变形。
——其他预处理：为减少淬火变形所采用的预处理方法有很多种，如调质处理、正火处理等。
针对工件产生淬火变形的原因及工件所用材料，合理地选用正火、调质等预处理对减少淬火变形是有效的。
但应对正火后引起的残余应力及硬度提高对机加工的不利影响应给予注意，同时调质处理对含W Mn 等钢可减少淬火时胀大，而对GCr15等钢种的减少变形作用不大。
在实际生产中要注意分清淬火变形产生的原因，即要分清淬火变形是由残余应力引起的还是由组织不佳引起的，只有这样才能对症处理。
若是由残余应力引起的淬火变形则应进行消除应力退火而不用类似调质等改变组织的预处理，反之亦然。
只有这样，才能达到减少淬火变形的目的，才能降低成本，保证质量。
以上各种预处理的具体操作同其他相应操作，此处不赘述。
二、淬火加热操作①淬火温度：淬火温度对工件的淬火变形影响很大。
其影响淬火变形趋势的一般规律如图所示。
根据图的所示曲线对淬火畸变的影响规律，我们可通过调整淬火温度来达到减少变形的目的，或将预留机械加工余量同淬火温度来达到减少变形的目的，或将预留机械加工余量同淬火温度经热处理试验后合理地选择、使用，从而达到减少后序加工余量。
淬火易出现的问题及解决方法(一)
淬火易出现的问题及解决方法(一)淬火易出现的问题及解决问题一：淬火不均匀•原因：–材料不均匀或存在内部缺陷–淬火介质温度不均匀–淬火过程中材料受冷却介质的影响不均匀•解决方法：–使用质量稳定、无内部缺陷的优质材料–控制淬火介质的温度，确保均匀性–加强淬火工艺研究，调整冷却介质的流速和温度，提高均匀性问题二：淬火变形或开裂•原因：–材料冷却过程中产生的内应力超过材料的强度极限–材料形状复杂或厚度不均匀，导致冷却过程不均匀–淬火介质的温度或冷却速度选择不当•解决方法：–优化材料的形状设计，避免过于复杂或不均匀的厚度–控制淬火介质的温度和冷却速度，避免产生过大的内应力–使用适当的预淬火或回火工艺，调整材料内部应力分布，减少变形或开裂的风险问题三：淬火硬度不符合要求•原因：–材料的组织状态不合适–淬火温度选择不准确–淬火介质选择错误或控制不当•解决方法：–优化材料的热处理工艺，确保组织状态符合要求–通过试验和实践确定合适的淬火温度范围–针对不同材料选择适当的淬火介质，并控制冷却速度，以达到所需的硬度问题四：淬火后强度不稳定•原因：–淬火过程中产生的残余应力导致材料强度波动–淬火后材料的晶粒尺寸和组织状态不稳定•解决方法：–通过适当的回火工艺降低残余应力，增加材料的稳定性–控制热处理过程中的冷却速度和回火温度，以稳定材料的晶粒尺寸和组织状态以上是淬火易出现的问题及解决方法的总结。
通过优化材料选择、淬火工艺的调整和回火工艺的控制，我们可以解决淬火过程中遇到的各种问题，从而获得满足要求的材料性能。
问题五：淬火后的表面质量不理想•原因：–材料表面存在氧化物或杂质–淬火介质中含有污染物–淬火过程中产生的气泡或烟碱•解决方法：–在淬火之前，对材料进行表面清洁，去除氧化物和杂质–选用纯净的淬火介质，避免污染物对材料表面造成影响–控制淬火过程中温度和冷却速度，减少气泡或烟碱的产生问题六：淬火过程中能耗较高•原因：–淬火介质的温度过高，导致能量损耗增加–淬火介质的循环和冷却系统不合理，造成能量浪费•解决方法：–优化淬火介质的温度和冷却速度，尽量减少能量损耗–对淬火介质的循环和冷却系统进行调整和优化，提高能量利用率问题七：淬火后材料的尺寸变化较大•原因：–淬火介质的温度和冷却速度选择错误，导致材料尺寸变化过大–材料的形状设计和尺寸控制不合理•解决方法：–确定适当的淬火温度和冷却速度范围，以减小尺寸变化–在材料的形状设计和尺寸控制上进行优化，避免过大的尺寸变化以上是淬火易出现的问题以及解决方法的总结。
淬火变形问题系列讲座——第一讲 分析和控制淬火变形的冷却速度带法(2)
四、确定冷却速度带及其跨区情况的方法
现场热处理操作人员 日常 的工作 ，是对 已经送到热
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淬 火 变形 问题 系列讲 座
第一讲 分析和控制淬火变形的冷却速度 带法 （ ） ２
北京华立精细化工公司 （ 昌平 １２０） 张克俭 ０２０
出现在淬火冷却中的淬火变形问题，首先应当从热 处理环节，尤其是从淬火冷却中去找原因。即便引起变 形的主要原因在热处理之前，也是先找热处理方面的原 因， 这样能帮助我们确定热处理之前的变形原因所在的 范围。何况，不少热处理之前留下的可能引起淬火变形 的因素，也可以通过热处理手段加以解决。因此，我们 首先从淬火冷却中寻找影响和控制工件淬火变形的因 素， 也就是影响工件的冷却速度带的位置和宽度的因
大型圆锯片的冷却速度带的跨区情况
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素， 并研究这些 因素 的特性和相互关系。 是 由热处理工艺方法 的多样性 和不惟一性决定 的。
有些情况下，用上述检查淬火态表面硬度的办法，
不大容易找准快 端 的位置。 比如 ，淬 透性 比较好 的钢 、 渗碳工件的淬火 、 或者工件 的形状 比较 复杂 ，加上没 有
发生淬火开裂等情况。这是因为，淬透性好的钢端淬曲
系，而不标注具体数值 。
２ 工件的装挂方式引起的淬火变形问题 ．
工件淬火冷却中，装挂方式对它们的冷却速度带的 位置和宽窄有较大的影响；尤其是在多个工件同炉淬火 的场合。装挂方式通过影响工件周围的散热条件，介质 流动情况和介质的液温分布，来影响不同部位的冷却情 况。和单件淬火相比，多件同时淬火时，工件的冷却速 度带往往要向右 （ 冷却速度减慢）方偏移。而冷却速度 带的慢端向右偏移通常更远些。其结果，冷却速度带的 宽度也随之增大。如果采用的装挂工具不当， 或者工件 的问距过小， 冷却速度带向右偏移过多，就可能引起部
减少淬火变形和防止淬火开裂的措施
减少淬火变形和防止淬火开裂的措施(1)正确选择材料和合理设计工件形状对于形状复杂、截面尺寸相差悬殊的工件，最好选用淬透性较高的合金钢，使之能在缓冷的淬火介质中冷却，以减小内应力。
对形状复杂且精度要求较高的模具、量具等，可选用低变形钢(如CrWMn,Cr12MoY等)并采用分级或等温淬火。
在进行工件形状设计时，应尽量减少截面厚薄悬殊、避免薄边尖角;在零件厚薄交界处尽可能平滑过渡;尽量减少轴类的长度与直径的比;对较大型工件，宜采用分离镶拼结构以及尽量创造在热处理后仍能用机械加工修整变形的条件。
(2)正确地锻造和预备热处理钢材中往往存在一些冶金缺陷，如疏松、夹杂、发纹、偏析、带状组织等，它们极易使工件淬火时引起开裂和无规则变形，故必须对钢材进行锻造，以改善其组织。
锻造毛坯还应通过适当的预备热处理(如正火、退火、调质处理、球化处理等)来获得满意的组织，以适应机械加工和最终热处理的要求。
对于某些形状复杂、精度要求较高的工件，在粗加工与精加工之间或淬火之前，还要进行消除应力的退火。
(3)采用合适的热处理工艺应尽量做到加热均匀，以减小加热时的热应力;对大型锻模及高速钢或高合金钢工件，应采用预热。
选择合适的淬火加热温度，一般情况下应尽量选择淬火的下限温度。
但有时为了调整残余奥氏体量以达到控制变形量的目的，也可把淬火加热温度适当提高。
正确选择淬火介质和淬火方法。
在满足性能要求的前提下，应选用较缓和的淬火介质，或采用分级淬火、等温淬火等方法。
在M.点以下要缓慢冷却。
此外，从分级浴槽中取出空冷时，必须冷到40℃以下才允许去清洗，否则也易开裂。
淬火后必须及时回火，尤其是对形状复杂的高碳合金钢工件更应特别注意。
(4)热处理操作中采取合理措施，对热处理操作中的每一道辅助工序如堵孔、绑扎、吊挂、装炉以及工件浸人淬火介质的方式和运动方向等都应予以足够的重视，以保证工件获得尽可能均匀的加热和冷却;并避免在加热时因自重而引起的变形。
淬火常见问题与处理方法
淬火常见问题与处理方法Ms点随C的增加而降低淬火时，过冷沃斯田体开始变化为麻田散体的温度称之为Ms点，变化完成之温度称之为Mf点。
C含量愈高，Ms点温度愈降低。
0.4%C碳钢的Ms温度约为350℃左右，而0.8%C 碳钢就降低至约200℃左右。
淬火液可添加适当的添加剂1、水中加入食盐可使冷却速度加倍：盐水淬火之冷却速度快，且不会有淬裂及淬火不均匀之现象，可称是最理想之淬硬用冷却剂。
食盐的添加比例以重量百分比10%为宜。
2、水中有杂质比纯水更适合当淬火液：水中加入固体微粒，有助于工作表面之洗净，破坏蒸汽膜作用，使得冷却速度加快，可防止淬火斑点的发生。
因此淬火处理，不用纯水而用混合水之淬火技术是很重要的技巧。
3、聚合物可与水调配成水溶性淬火液：聚合物淬火液可依加水程度调配出由水到油之淬火液，甚为方便，且又无火灾、污染及其他公害之虞，颇具前瞻性。
4、干冰加乙醇可用于深冷处理溶液：将干冰加入乙醇中可产生-76℃之均匀温度，是很实用的低温冷却液。
硬度与淬火速度之关联性只要改变钢材淬火冷却速率，就会获得不同的硬度值，主要原因是钢材内部生成的组织不同。
当冷却速度较慢时经过钢材的Ps曲线，此时沃斯田体变化温度较高，沃斯田体会生成波来体，变化开始点为Ps点，变化结点为Pf 点，波来体的硬度较小。
若冷却速度加快，冷却曲线不会切过Ps曲线时，则沃斯田体会变化成硬度较高的麻田散体。
麻田散体的硬度与固溶的碳含量有关，因此麻田散体的硬度会随着C含量之增加而变大，但超过0.77%C后，麻田散体内的碳固溶量已无明显增加，其硬度变化亦趋于缓和。
淬火与回火冷却方法之区别淬火常见的冷却方式有三种，分别是：连续冷却、恒温冷却、阶段冷却。
为降低淬火过程中淬裂的发生，临界区域温度以上，可使用高于临界冷却速率的急速冷却为宜：进入危险区域时，使用缓慢冷却是极为重要的关键技术。
因此，此类冷却方式施行时，使用阶段冷却或恒温冷却（麻回火）是最适宜的。
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冷却技术解决淬火变形问题的新方法用硬度—冷速曲线分析和解决零件淬火变形问题北京华立精细化工公司(北京昌平102200) 张克俭 生产中的淬火变形一直给工厂带来大量的麻烦和巨大的损失。
热处理行业期待的是能用来分析和解决实际工件淬火变形的系统而实用的方法。
以此为目标,本文发展了一种从钢的端淬曲线出发,分析和解决工件淬火变形问题的方法,以下简称“新方法”,供热处理行业采用并指正。
1 本法的适用范围说工件发生了淬火变形,是指工件上某些部位发生了超过图样公差的变形。
本文把工件上发生变形的部分和与之相关连的部位合称为该工件的参与淬火变形部位。
它需根据实际工件的(变形)情况来确定。
在已发生淬火变形的工件上,参与淬火变形的不同部位的硬度可能基本相同,也可能有明显差异。
硬度差异反应出这些部位的淬火转变产物(即组织)之不同。
由于不同的组织有不同的比容,比容差本身及其在淬火过程中的作用必然对淬火后的变形有直接的影响。
由于这样的原因,本文把最终发生了淬火变形的工件分为两类。
第一类:发生了淬火变形的工件其变形部位的硬度(指从表面测定的硬度,以下同)基本相同。
第二类:工件变形部位的硬度有明显差异。
排除淬火加热中和淬火冷却中因装挂及操作不当而引起的变形,在第一类情况下,由于最终转变产物的比容基本相同,其淬火变形完全是由淬火过程中的热应力和组织转变应力引起的;在第二类情况下,引起变形的原因既有淬火冷却过程中的应力作用,也有转变产物比容差的影响。
本文提出的概念和方法,仅限于用来分析和解决第二类即工件上参与变形部位有明显硬度差或虽无明显硬度差却伴有淬裂的淬火变形问题。
2 淬火变形工件的冷却速度带及减小变形的努力方向作为本方法的基础,先引入淬火变形工件的硬度—冷速曲线、冷却速度带及其跨区等概念。
2.1 硬度—冷速曲线的分区及其与淬火变形的关系图1是有代表性的顶端淬火曲线示意图。
为适应本文的需要,我们将下方的横座标定为冷却速度,并按冷却速度大小和淬火硬度分布,将端淬曲线分成四个区(如图1所示)。
这样图1 按淬火冷却速度大小将端淬曲线分成四个区的曲线,我们把它叫作硬度—冷速曲线。
在第Ⅰ冷速区内淬火,工件可以完全淬硬,但因冷速过快,工件被淬裂,并伴随淬裂发生变形。
对有些不易淬裂的钢种及工件,可能没有第Ⅰ冷速区。
在第Ⅱ冷速区内淬火,冷却速度适当,工件可以充分淬硬。
硬度均匀说明可能参与淬火变形部位的淬火转变产物基本相同,因此工件淬火冷却过程中可能引起淬火变形的应力也不会很大。
其结果是最终的淬火变形也就相当小,通常能在允许的公差之内。
故本文把第Ⅱ冷速区叫做小变形区。
在第Ⅲ冷速区内淬火,由于硬度—冷速曲线走势很陡,工件上参与变形部位之间的较小冷速差都会引起相当大的硬度变化,也即转变产物有相当大的组织差异和比容差。
这就是在此区淬火变形大的原因。
在第Ⅳ冷速区,工件上可能参与淬火变形部位获得的冷速很低,各部位间温差小,加上各部位都远未淬硬,最终转变产物也基本相同,故变形小。
需要说明的是,实际生产中应用本方法分析和解决淬火变形问题时,不需要真正准确的端淬曲线图,也不要求应用者明确划定这些区的分界线。
一般从手册上查取相同钢种端淬曲线的中线即可。
2.2 工件上参与淬火变形部位的冷却速度带实际工件是个实体,它参与变形部位的不同冷速必然落在硬度—冷速曲线的一定范围内。
本文把这些不同冷速所达到的范围叫做该工件在所经受的淬火条件下变形部位的冷却速度带,以下简称为该工件的冷却速度带。
工件上参与变形部位间的冷却速度相差越小,它的冷却速度带就越窄;相反,它的冷却速度带就越宽。
2.3 冷却速度带的确定方法拿到一个发生了淬火变形的工件,首先找到发生淬火变形的部位,再连同其相邻或相关的部位,称该工件参与淬火变形部位,接着检查参与变形部位内外表面的硬度,并凭测出的最高和最低硬度值(HRC ),在所用钢种的硬度—冷速曲线图上找到两个相应的冷却速度值,把这两个冷却速度值水平连接起来,即构成该工件的冷却速度带。
举例来说,有一50Cr 钢筒状工件,经770℃加热后水淬1.5s 再转油冷。
淬火后未发现淬裂,但有明显的变形:两端孔径增大,呈双头喇叭形,如图2所示。
因工件形状简单,且变形牵涉面大,可以把整个工件都看成参与变形部位。
检查该变形工件内外表面的硬度后发现,筒两端硬度约55HRC,而内孔中部只有35HRC 。
从手册上查出50Cr 钢的端淬曲线,取其中线作出本工件的硬度—冷速曲线,由淬火硬度最高的端头部位(B)的55HRC 找到冷速点b,再由淬火硬度最低的筒内中间部位(A )之35HRC 找到冷速点a ,连接a 、b 两点的带ab 即为该工件的冷却速度带。
按照相似的方法步骤,可以画出其它淬火变形零件的冷却速度带。
需要说明的是,如果工件上有内孔(或凹陷部位)而且在该部位或邻近部位发生了淬火变形,则该部位就属于参与变形部位,在确定该工件的冷却速度带时,就需要将该工件的内孔或凹陷部位剖切开,测量该部位的表面硬度。
图2 由参与变形部位的最高和最低淬火态硬度值确定工件的冷却速度带2.4冷却速度带的跨区情况当工件的冷却速度带比较窄时,可能只落入某一个冷速区,比如,只落入第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ或Ⅳ冷速区,相应的变形情况如图1所示。
当工件的冷却速度带比较宽时,往往要跨越两个甚至两个以上的冷速区。
比如,图2所举的例子,工件的冷速带就跨越Ⅱ、Ⅲ两个冷速区。
又如,有一种65M n 钢制的大圆锯片,直径1600mm ,厚8mm ,在专用的槽式电阻炉中垂直悬挂加热后,直接放入有循环搅动的淬火槽中淬火,淬火液为一种聚合物水溶液,水温约25℃。
淬火后工件有相当严重的翘曲变形。
出槽后检查发现,圆锯片边缘齿口部位有几处淬裂。
硬度检查结果,边缘部分(B )最高硬度为62HRC,而近中间部位(A )的硬度最低为30HRC 。
对于这样薄而大,变形严重的工件,也宜把工件整体都看成参与变形部位。
按前述方法,如图3,确定该圆锯片冷却速度带ab 。
由于该圆锯片边缘齿口处已淬裂,说明该部位已进入第Ⅰ冷速区。
而在近中间部位淬火态硬度只有30HRC,未淬硬,说明该部位已进入第Ⅲ冷速区。
这样,整个圆锯片就跨越了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ共三个冷速区。
对于本例中薄而大的工件,同一次淬火冷却中跨越三个冷速区,就很容易发生严重变形。
图3 65M n 大圆锯片的冷却速度带跨越Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区2.5 减小工件淬火变形的努力方向通常,对工件淬火效果的要求是:获得高而且均匀的淬火硬度、足够的淬硬深度、不淬裂且无淬火变形。
显然,只有当工件上参与变形部位的冷却速度带落入第Ⅱ冷速区,才能获得这种淬火效果。
以下归纳的做法都是以此为目标的减小工件淬火变形的措施。
2.6 渗碳淬火工件的特殊处理方法由于渗层的化学成分与基体不同,而渗层由表到里又有成分变化,使渗碳或碳氮共渗工件在淬火冷却中发生变形的分析方法稍复杂些。
建议按以下两步进行:第一步,对于有渗层的部位,检查其表面硬度,看是否都达到要求的表面淬火硬度。
如果没有,说明单就这些部位而言,其冷却速度带尚未完全落入第Ⅱ冷速区。
这时,首先设法使有渗层的表面部分的冷却速度带全部进入第Ⅱ冷速区。
如果完成这一步后,工件仍有超差变形,再进行第二步处理。
第二步,检查淬火变形工件上无渗层部分的表面硬度,从而确定其冷却速度带的跨区情况,并用前述方法确定减小淬火变形的措施。
3 减小淬火变形的改进方向3.1 整体移动冷却速度带通过整个提高或降低淬火冷却速度等措施,使工件的冷却速度带整体移入该工件的第Ⅱ冷速区。
这种方法适用于工件的冷却速度带比较窄,发生淬火变形的原因是其冷却速度带整个或局部落入或伸到了第Ⅰ或第Ⅲ冷速区。
当工件上局部或全部参与变形部位淬火硬度偏低时,说明该部分淬火冷速进入了第Ⅲ冷速区,可以采取提高整个工件的淬火冷却速度,适当提高淬火加热温度,或改用淬透性更好的钢种制做该工件等措施,使该工件的冷却速度带发生移动并进入第Ⅱ冷速区,从而消除该淬火变形。
当工件发生变形后又同时发现有淬裂,说明部分或全部参与淬火变形部位进入了该工件的第Ⅰ冷速区。
适当降低该工件的淬火加热温度,降低整个工件的淬火冷却速度以及改用含碳量及合金元素量稍低的钢种等,目的在于使工件的冷却速度带整个移入第Ⅱ冷速区。
例如,某汽车板簧厂采用13%的今禹8-20水溶液,在液温25℃时淬11mm ×75m m 的60Si 2M n 钢板,出槽后发现有高达4m m 的侧弯变形和相当大的弧高变化。
起初,有关人员分析认为,是淬火应力(指热应力和组织转变应力)过大引起。
因此,采取了降低淬火应力的方法:适当降低淬火加热温度,提高淬火液温度,并停止淬火机的摆动以减小相对流速,甚至曾一度将今禹8-20的浓度提高到15%。
所有这些措施,都在降低板簧片的淬火冷却速度,都想减小淬火应力来消除淬火变形。
但结果与希望相反,板簧片的变形更大且仍然无规律可循,同时,钢板的淬火硬度更低,根本不能满足热处理要求。
后来,用本文所述的方法分析该批板簧的淬火变形,发现淬火硬度不足且高低不均,大约在28～52HRC 之间,其冷却速度带正好落在第Ⅲ冷速区,如图4所示。
解决这一变形问题的措施就不是设法降低淬火冷却速度,而是提高淬火冷却速度,以便使该板簧片的冷却速度带整体向左移入其第Ⅱ冷速区。
具体的做法是,向淬火槽中补加自来水,将今禹8-20的浓度降到10%,并在淬火过程中使淬火机不停地摆动,以便进一步提高淬火冷却速度。
结果,在其它工艺方法保持不变的情况下,同批板簧片淬火后的变形(侧弯和弧高变化)极小,同时淬火硬度都在59～61HRC 内,没有淬裂,完全满足了工艺要求。
图4 移动冷却速度带消除板簧片的淬火变形3.2 使冷却速度带收缩进第Ⅱ冷速区当变形工件的冷却速度带跨越两个以上冷速区时,解决淬火变形问题的办法就是使工件上参与变形部位中原来冷速过快(因而发生淬裂、变形)部分的淬火冷速降低,相当于使工件的冷却速度带伸入第Ⅰ冷速区的左端部分向右收缩,达到左端头也进入第Ⅱ冷速区,使工件上参与变形部位中硬度不足或硬度过低部位的淬火冷速提高,以使其冷却速度带向右伸入第Ⅲ区的部分向左收缩,也进入第Ⅱ冷速区。
例如,图3所示的大圆锯片,它的冷却速度带跨越Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ共三个冷速区,因此,应能使其冷却速度带的两端同时向中间收缩,直至全部落入第Ⅱ冷速区。
经分析,该圆锯片外缘齿间底部发生淬裂,是在淬火冷却中该部位受到过激的水流冲刷的缘故。
解决这一部分(即冷却速度带伸入第Ⅰ冷速区那一段)淬裂变形的措施是设法使该部位不受水流冲击,可以在淬火槽中安装护板或改变淬火液循环流动的分配方式,其目标都是使原来冷却太快的外缘部分的冷却速度降低至不发生淬裂的程度。
而对于圆锯片上近中间部位,淬火硬度偏低说明其受到的冷却不足。
分析这些部位冷速不足的原因发现,在淬火冷却过程中这些部位长期被流动缓慢的热水包围。