淬火变形问题的解决办法
45钢淬火开裂解决方案
45钢淬火开裂解决方案1. 引言钢材是广泛应用于机械制造和工业领域的材料之一，而淬火是对钢材进行热处理的一种常用方法。
然而，淬火过程中可能会出现开裂问题，这给钢材的性能和可靠性带来了威胁。
因此，针对淬火开裂问题，需要制定解决方案，以确保钢材质量和使用寿命。
2. 开裂原因分析钢材淬火开裂的原因很多，主要包括以下几个方面：2.1 内应力过大在淬火过程中，钢材的表面和内部会迅速冷却，造成急剧的温度和应力变化。
当冷却速度过快或不均匀时，钢材产生内部应力过大，容易导致开裂。
2.2 压缩应力不足淬火后，钢材表面会形成一层脆性的马氏体，而内部保留了一定的奥氏体组织。
如果钢材内部奥氏体的体积增大，而表面的马氏体受到压缩不足，也容易导致开裂。
2.3 杂质和夹杂物钢材中的杂质和夹杂物也是导致开裂的重要原因之一。
杂质会降低钢材的韧性和延展性，夹杂物则成为开裂的起始点。
2.4 硬度不均匀淬火后，钢材的硬度分布不均匀也会导致开裂。
硬度过高或过低的区域容易发生应力集中，从而引发开裂。
3. 解决方案针对淬火开裂问题，我们提出以下解决方案：3.1 优化淬火工艺参数通过优化淬火工艺参数，可以控制钢材的冷却速度和温度梯度，从而减小内应力和压缩不足的问题。
合理选择淬火介质和温度，以避免过快或不均匀的冷却。
3.2 降低表面应力在淬火过程中，采取一些措施来降低钢材表面应力。
例如，可对钢材进行预处理，如表面机械处理、脱碳退火等，以减少开裂的风险。
3.3 优化钢材的化学成分合理控制钢材的化学成分，降低杂质和夹杂物的含量。
采用纯净的原材料和改进冶炼工艺，可以有效减少开裂的概率。
3.4 加强表面处理在淬火前对钢材进行表面处理，如酸洗、喷丸、抛光等，可以去除一些表面缺陷和杂质，减少开裂的可能性。
同时，还可以增加表面硬度分布的均匀性。
3.5 适当回火处理淬火后，适当进行回火处理，有助于减轻内应力，改善钢材的韧性。
选择合适的回火温度和时间，以平衡硬度和韧性的要求，避免开裂的发生。
钢的淬火缺陷及其防止措施
钢的淬火缺陷及其防止措施1. 淬火工件的过热和过烧过热：工件在淬火加热时，由于温度过高或时间过长造成奥氏体晶粒粗大的缺陷。
由于过热不仅在淬火后得到粗大马氏体组织，而且易于引起淬火裂纹，因此，淬火过热的工件强度和韧性降低，易于产生脆性断裂。
轻微的过热可用延长回火时间补救。
严重的过热则需进行一次细化晶粒退火，然后再重新淬火。
过烧：淬火加热温度太高，使奥氏体晶界局部熔化或者发生氧化的现象。
过烧是严重的加热缺陷，工件一旦过烧无法补救，只能报废。
过烧的原因主要是设备失灵或操作不当造成的。
高速钢淬火温度高容易过烧，火焰炉加热局部温度过高也容易造成过烧。
2. 淬火加热时的氧化和脱碳淬火加热时，钢件与周围加热介质相互作用往往会产生氧化和脱碳等缺陷。
氧化使工件尺寸减小，表面光洁度降低，并严重影响淬火冷却速度，进而使淬火工件出现软点或硬度不足等新的缺陷。
工件表面脱碳会降低淬火后钢的表面硬度、耐磨性，并显著降低其疲劳强度。
因此，淬火加热时，在获得均匀化奥氏体时，必须注意防止氧化和脱碳现象。
在空气介质炉中加热时，防止氧化和脱碳最简单的方法是在炉子升温加热时向炉内加入无水分的木炭，以改变炉内气氛，减少氧化和脱碳。
此外，采用盐炉加热、用铸铁屑覆盖工件表面，或是在工件表面热涂硼酸等方法都可有效地防止或减少工件的氧化和脱碳。
3. 淬火时形成的内应力有两种情况：①工作在加热或冷却时，引起的热应力。
②由于热处理过程中各部位冷速的差异引起的相变应力。
当两力相复合超过钢的屈服强度时，工件就变形；当复合力超过钢的抗拉强度时，工件就开裂。
解决办法：①工件在加热炉中安放时，要尽量保证受热均匀，防止加热时变形；②对形状复杂或导热性差的高合金钢，应缓慢加热或多次预热，以减少加热中产生的热应力；③选择合适的淬火冷却介质和淬火方法，以减少冷却中热应力和相变应力。
但淬火不是最终热处理，为了消除淬火钢的残余内应力，得到不同强度、硬度和韧性配合的性能，需要配以不同温度的回火。
齿轮渗碳淬火变形原因及控制措施_柳晓鹏
收稿日期:2009-03-01作者简介:柳晓鹏(1981—),男,山东莱阳人,主要从事舰船动力学研究.齿轮渗碳淬火变形原因及控制措施柳晓鹏,雷建波(海军驻重庆舰船动力军事代表室,重庆 400000)摘要:介绍了渗碳淬火齿轮的变形规律,分析了渗碳淬火齿轮变形的原因,提出了减小和控制渗碳淬火齿轮变形的措施,主要可通过采用优化零件结构、完善机加工与热处理工序配合、优化热处理工艺等方法减小零件内部应力,改善热处理变形.关键词:齿轮;热处理;变形;控制中图分类号:F407.61文献标识码:A文章编号:1006-0707(2009)05-0058-03 热处理变形会使齿轮零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.对于渗碳淬火的齿轮特别是大型齿轮,其变形量很大且难以控制.较大的变形不仅使磨削量增加、成本提高,而且影响齿轮制造精度,降低承载能力,最终将使寿命大大下降[1].热处理变形主要由零件在机加工时产生的残余应力、热处理过程中产生的热应力和组织应力以及零件自重变形等共同作用产生.影响齿轮渗碳淬火变形的因素很多,包括齿轮的几何形状、原材料及冶金质量、锻造和机加工的残余应力、装料方式和热处理工艺及设备等[2].1 渗碳淬火齿轮变形规律 对大型齿轮质量和寿命影响最大的变形因素来自齿轮外径、公法线长度和螺旋角等.1.1 大型齿轮变形规律大型齿轮渗碳淬火后齿顶圆外径呈明显胀大趋势,且上下不均匀呈锥形;径长比(齿轮外径/齿宽)越大,外径胀大量越大.碳浓度失控偏高时,齿轮外径呈收缩趋势.1.2 大型齿轮轴变形规律齿顶圆外径呈明显收缩趋势,但一根齿轴的齿宽方向上,中间呈缩小、两端略呈胀大趋势.1.3 齿圈变形规律大型齿圈经渗碳淬火后,其外径均胀大,齿宽大小不同时,齿宽方向呈锥形或腰鼓形胀大.2 渗碳淬火齿轮变形原因2.1 渗碳件变形的实质渗碳的低碳钢,原始相结构由铁素体和少量珠光体组成,铁素体量约占整个体积的80%.当加热至AC1以上温度时,珠光体转变为奥氏体,900℃时铁素体全部转变为奥氏体.920～940℃渗碳时,零件表面奥氏体区碳浓度增加至0.6%～1.2%,这部分碳浓度高的奥氏体冷至600～650℃才开始向珠光体、索氏体转变,而心部区的低碳奥氏体在900℃即开始分解为铁素体,冷至550℃左右全部转变完成.心部奥氏体向铁素体转变是比容增大的过程,表层奥氏体冷却是热收缩量增加的变化过程.在整个冷却过程中,心部铁素体生成时总是受到表层高碳奥氏体区的压应力.此外,大型齿轮由于模数大、渗层深,渗碳时间较长,同时由于自重影响,也会增加变形.2.2 淬火变形的原因零件淬火时,淬火应力越大,相变越不均匀;比容差越大,则淬火变形越严重.此外淬火变形还与钢的屈服强度有关,塑性变形抗力越大,其变形程度就越小.对齿轮和齿轮轴渗碳淬火冷却时各部位的冷却速度、组织及硬度状态比较分析,可以发现上中下各部位冷却速度的差别,以及表面、过渡区、心部冷却速度的差别与其组织转变的不同时性是造成齿轮变形的主要原因.因此,减小变形也可以通过提高各环节的均匀性来实现.3 减小和控制渗碳淬火齿轮变形的措施3.1 控制原材料减小变形我国高速重载齿轮行业目前普遍使用的钢种有20CrMn Mo 、20CrNi 2Mo 、17CrNi Mo 6、42CrMo 、30CrMoA 等,由于受到冶炼水平等影响,原材料质量状况不尽人意.同时由于进货渠道不同,质量也有较大波动,给变形控制带来很大难度.总体来说,原材料对变形的影响如下:1)材料淬透性是影响热处理变形的主要因素之一,淬透性带宽较小变形较小;反之则变形较大.第30卷 第5期四川兵工学报2009年5月2)钢的冶金质量.钢材经过真空脱气处理后,材料纯净度高、杂质含量少、晶粒度均匀,以氧化物为主的夹杂物大幅度减少.钢材晶粒度对变形有着明显的影响,随着晶粒度尺寸增加,变形加大.因而要严格控制晶粒度尺寸及混晶.大型齿轮通常要求晶粒度在5级以上.同时,随着钢材淬透性的增加,变形率增大.因而在齿轮选材时,只要淬透性能满足要求即可.但应尽可能控制好淬透性带,以利于变形规律的统计和摸索.此外,马氏体相变点M s对变形的影响是随着Ms点的降低,变形增大.一般C、Mn含量较高的钢材具有较低的Ms点,因而从变形的角度考虑,钢材中C、Mn含量应尽可能控制在较低的范围内.3)锻件质量.要求合理的锻造流线和锻造比,严格控制锻件利用率,加强锻后热处理控制等措施均能提高锻件质量,从而减小热处理变形.3.2 设计和机加工的预先控制3.2.1 合理的设计零件的结构、用材、技术要求对其热处理工艺性能有很大影响.处理好它们之间的关系,对减少淬火变形大有益处.1)合理的零件结构.合理结构即零件在设计时其形状应尽可能简单,分布均匀、对称,力求在零件上无盲孔、尖棱等.由于零件设计不合理,往往在淬火时应力分布不均匀,从而产生不规则变形.因此,在满足使用性能的条件下,零件设计时要尽可能兼顾热处理变形.2)选材.零件在选材时,首先应保证使用性能的要求,同时还要考虑热处理工艺性能及经济性能.既不能为降低成本采用热处理工艺性能较差的材料,又不能盲目提高成本,一般应遵循以下原则:①依据材料热处理性能选材,一般选材原则是要以较缓和的冷却方法来达到淬硬零件的目的;②将材料和热处理方法结合起来选材,在使用性能允许的情况下,可通过改变热处理方法来达到设计要求,即将选材与热处理方法有机的结合起来;③合理的力学性能要求,设计者除在材料与力学性能之间进行合理搭配外,还应考虑某些零件局部的特殊要求,以免降低热处理工艺性能,造成不必要的变形,甚至产生不合格品.3.2.2 适当的机加工机加工由于进给量、零件各部位加工余量及加工差异,可导致零件各部位应力性质不同和应力分部不均衡,致使零件在淬火时发生变形.为此应考虑:1)加工方法与变形的关系.在零件的成形加工过程中,可能会采用车、滚、镗、磨等不同的加工方法,从而使零件的各部位应力分布不均衡,淬火时产生较大变形.反过来,则可通过改变局部加工方法,使该部分残留的应力对减少变形有利,从而达到减少变形的目的.2)加工量与变形.零件各部分加工量不同或人为造成加工量的不同,均会给零件热处理后的变形造成不良影响.3)机加工工序与变形.合理地安排机加工工序,协调好机加工与热处理之间的关系,对减少淬火变形大有益处.特别是那些形状不对称或带有长槽类零件,这点尤为重要.例如在易变形的齿圈淬火前增加一道去应力工序,磨齿后再进行一次低温回火.3.2.3 变形的预补偿对大型齿圈,可针对渗碳淬火后齿顶圆涨大规律,预先车小齿顶圆;对大型齿轴的螺旋角,可采取滚齿时预补偿办法达到减小螺旋角变形的目的.3.3 热处理工艺操作与变形关系3.3.1 预先热处理采用适当的预先热处理方法,可有效减小后续热处理的变形.对齿轮和齿轮轴,由于退火周期长、成本高,目前一般采用正火回火处理,而大型齿圈则采用调质作为预先热处理.3.3.2 渗碳与淬火温度通常采用的渗碳温度为920～930℃.采用稀土催渗技术时,加入稀土元素后,在渗碳周期相当的前提下,可使渗碳温度由930℃降为860～880℃.在改善渗层组织、节能、延长设备寿命的同时,还可以明显减少渗碳件的变形.但目前催渗技术在大型齿轮深层渗碳变形控制方面还有待进一步研究.淬火温度对零件的淬火变形影响很大,淬火变形趋势一般规律如图1所示.根据此规律,可以通过调整淬火温度来达到减少变形的目的,或经热处理试验后再根据试验结果合理选择预留机加工量与淬火温度.一般情况下,淬火温度越高则零件变形越大.这是由于增加了零件截面上的温差,使热应力增加,同时由于过高的加热温度,使奥氏体晶粒长大,降低了塑性变形的抗力,从而增大了淬火变形.为此从减少变形出发,应尽量选择淬火下限温度.3.3.3 加热速度当零件内部存在较大的机加工残余应力,而零件截面差别又较大时,升温速度对变形影响更大.零件快速加热会产生较大的热应力,与零件内部残余应力和相变组织应力相互作用,如应力方向一致,产生迭加或合成的应力很容易使零件在高温状态下产生变形.3.3.4 淬火保温时间保温时间的选择除应保证零件透烧、淬火后达到要求的硬度或其它力学性能外,还要考虑它对淬火变形的影响.延长淬火保温时间,实际上也就相应提高了淬火温度.3.3.5 装炉方法零件在加热时摆放形式不合理,会因零件自重而引起变形,或因零件之间相互挤压产生变形,或因零件堆放过密造成加热及冷却不均而产生变形.因此装炉要均匀,各种齿轮轴渗碳淬火时可设计相应的工装进行压紧,以减少变形.齿轮要根据形状分别采用平放或垂直放置的方法,特别地,在某些大型齿圈热处理时,可设计专用的工装夹具对其进行装炉,从而减小变形.3.3.6 渗碳淬火设备选用良好的渗碳淬火设备是减小齿轮变形的重要手段,对大型齿轮尤为重要.大型齿轮采用井式气体渗碳炉进行渗碳淬火时,应满足控温精度±1℃,炉温均匀度±7℃,碳势均匀度±0.05%.59柳晓鹏,等:齿轮渗碳淬火变形原因及控制措施3.3.7 淬火介质与设备[3]在保证零件淬火硬度的前提下,一般选用冷却较缓和的介质,同时还要控制好介质的温度.目前常用的淬火介质为普通淬火油,通过添加剂对其进行改性处理后,其冷却性能较好,能满足硬度要求.对于淬火冷却设备,要保证零件淬火时冷却均匀,避免使淬火油温有较大温差,因而要求安装加热装置和搅拌装置.热处理车间两个淬火油槽,旧油槽只有搅拌循环,新油槽既有搅拌循环,又有热交换器循环.通过对比,在保证硬度前提下,热油淬火变形要比冷油淬火变形小.淬火过程中,变形是由于内部残余应力分布不均匀造成的,应力性质与大小受多种因素影响.当单项因素或多项因素同时起作用时,淬火介质温度是重要因素.就目前使用的淬火油来讲,其温度对冷却速度并无明显影响,但对变形影响较大.所以在满足使用性能的前提下,往往采用热油淬火.图1 淬火变形的一般规律4 结束语 总之,齿轮变形是一个复杂的系统工程,是各种因素综合作用的结果.要减小齿轮的变形,其方法可归结为“均匀”二字,只要做到材料均匀、形状均匀、加热和冷却均匀,各个环节都均匀,就不会有变形问题.实际上这是不可能完全满足的,所以变形不可避免.到目前为止,大型齿轮的变形控制依然是一个长期的课题,但只要有针对性的采取措施,就可以使变形量尽可能减小.参考文献:[1] 程里,程方.大型渗碳齿轮圈热处理畸变与控制[J ].金属热处理,2005(3):88-91.[2] 陈仁悟,林建生.化学热处理原理[M ].北京:机械工业出版社,1988.[3] Altena H .Influence of Gas and Oil Quenching Parameterson changes in Shape and Dimension of Gear Wheels [J ].HTM .2001(1):1-8.(上接第57页)4 结束语 本文中结合本人的实际工作,提出了基于FPGA 的测试对象整合方法,利用电路板对应电路的模块化设计思想,对于后续的电路板调试奠定了基础.此方法亦可用于类似的工作中,对于简化电路设计,提高工作效率有一定的参考价值.参考文献:[1] 褚振勇,翁木云.FPGA 设计及应用[M ].西安:西安电子科技大学出版社,2002.[2] 宋万杰,罗丰,吴顺君.CPLD 技术及其应用[M ].西安:西安电子科技大学出版社,1999.[3] 王道宪.CPLD /FPGA 可编程逻辑器件应用与开发[M ].北京:国防工业出版社,2004.60四川兵工学报。
感应淬火常见问题及解决措施
中频炉感应淬火件常见淬火缺陷，主要有硬度不够、软块、变形超差与淬火裂纹，还有局部烧熔等。
1、表面淬火后硬度不够：表面淬火后硬度不够是罪常见的问题，其原因亦是多方面的。
1）材料因素①火花鉴别法：这是最简单的方法，检查工件在砂轮上磨出的火花，可大致知道工件的含碳量是否有变化，含碳量越高，火花越多。
②直读光谱仪鉴别钢材的成分，现代化的直读光谱仪能在极短的时间内，将工件材料的各种元素及其含量进行检验并打印出来，可确定钢材是否符合图样要求。
③排除工件表面贫碳或脱碳因素，较常见的冷拔钢材，材料表面有一层贫碳或脱碳层，此时表面硬度低，使用砂轮或锉刀去掉0.5mm后，再测定硬度，如果发现该处硬度比外面为高，并达到要求，这表面工件表面有贫碳或脱碳层。
为进一步验证此问题，可用金相显微镜观察，表面贫碳层得组织与次层得显微组织明显不同，表面只有少量托氏体及大量铁素体，而次层则为马氏体，如果将此样品在保护气体下正火后在检验，表层只有少量珠光体，而次层则有该钢号应有的珠光体面积，如45钢，珠光体面积接近50%2）淬火加热温度不够或预冷时间长淬火加热温度不够或预冷时间太长，致使淬火时温度太低。
以中碳钢为例，前者淬火组织中含有大量未溶铁素体，后者其组织为托氏体或索氏体。
3）冷却不足①特别在扫描淬火时，由于喷液区域太短，工件淬火后，经过喷液区后，心部热量又使表面自回火（阶梯轴大台阶在上位时最易产生），此时表面自回火温度过高，常能从表面颜色及温度感测到。
②一次加热法时，冷却时间太短，自回火温度过高，或由于喷液孔因水垢减少了喷液孔截面积，导致自回火温度过高（带喷液孔的齿轮淬火感应器，最易产生次弊病）。
③淬火液温度过高，流量减少，浓度变化，淬火液中混有油污等。
④喷液孔局部堵塞，其特点是局部硬度不足，软块区常与喷液孔堵塞位置相对应。
感应加热设备之表面热处理表面淬火常见缺陷及对策信息编辑：郑州高氏发布时间：2012-06-21 用交流电流流向被卷曲成环状的导体（通常为铜管），由此产生磁束，将金属放置其中，磁束就会贯通金属体，在与磁束自缴的方向产生窝电流（旋转电流）这感应电流在窝电流的影响下产生发热用这样的加热方式就是感应加热。
淬火变形及控制
65科技资讯科技资讯S I N &T NOLOGY I NFORM TI ON 2008N O.09SCI ENC E &TEC HNO LO GY I N FO RM A TI ON 工程技术1淬火变形分为两种：形状变形和体积变形。
主要由两方面引起:一是高温到低温快冷却过程中温度差导致热应力及组织转变引起的组织应力。
二是组织转变时组织的比容差所致2影响淬火变形的因素2.1成分影响低碳钢淬火前后比容变化较小，所以淬火变形以热应力变形为主。
中碳钢由于淬透性较高，淬火前后比容变化较大，尺寸较小时以组织应力为主，尺寸较大时会过渡到以热应力为主。
高碳钢一般表现为热应力变形，因为其M S 点较低，奥氏体的屈服强度较高，组织应力引起变形较困难。
合金元素降低钢的导热性并提高了在较高温度下奥氏体的屈服强度和淬透性，因此合金钢在大多数情况下淬火后呈组织应力。
钢中含碳量增加，导致淬火马氏体比容增加同时又使奥氏体屈服强度升高，从而增加了体积膨胀和组织应力。
但含碳量过高，淬火后残余奥氏体数量增加，残余奥氏体会使体积减小，因此淬火变形并非依含碳量增加而一直体积膨胀。
控制钢中马氏体含碳量、获得下贝氏体组织和控制钢中残余奥氏体数量均可达到减小淬火变形的目的。
2.2零件尺寸与形状的影响零件截面越大，加热和冷却过程中截面温度差越大。
随着零件截面增大残余应力也随之增大。
同时零件的形状及厚度的均匀性对淬火应力也有相当显著影响。
为了减小淬火应力，在设计时应尽量减小各部位截面尺寸差异和避免尖角、盲孔的出现。
2.3工件的装挂方式工件的装挂方式将影响工件之间的散热条件、介质流动情况和介质液温度的分布,从而使工件不同部位的冷却情况各异。
和单件淬火相比，多件同时淬火时工件冷却速度减慢也有可能引起较大的淬火变形。
如:某厂对直径600m 马氏体的20Cr 2N i 4A 奥氏体钢大型齿轮做齿面渗碳淬火。
开始时两齿轮端面挨很近，夹缝中淬火油流动不畅，造成齿面淬火硬度偏低过大，同时引起最大1.4m m 端平面度变化。
控制热处理变形的方法与技术
控制热处理变形的方法与技术在机械制造领域，热处理是一项至关重要的工艺，它能显著改善金属材料的性能，使其具备更高的硬度、强度、韧性等。
然而，热处理过程往往伴随着变形问题，这可能会影响零件的尺寸精度和形状精度，进而降低产品的质量和使用寿命。
因此，控制热处理变形成为了一个关键的技术难题。
接下来，我们将详细探讨控制热处理变形的方法与技术。
一、合理设计零件结构零件的结构设计对热处理变形有着重要的影响。
首先，应尽量保证零件的形状和尺寸对称，这样在热处理过程中，热量分布会更加均匀，从而减少变形的产生。
例如，对于轴类零件，其直径的变化应尽量平缓，避免出现急剧的台阶或倒角。
其次，要避免零件上存在尖锐的棱角和薄厚悬殊的部分。
尖锐的棱角在热处理时容易产生应力集中，导致变形甚至裂纹；而薄厚悬殊的部分由于热传导不均匀，也会引起较大的变形。
因此，可以通过增加过渡圆角、采用均匀的壁厚等方式来优化零件结构。
另外，在设计时还应考虑预留足够的加工余量，以便在热处理后通过后续的加工来修正可能产生的变形。
二、选择合适的材料材料的化学成分和组织结构直接影响其热处理性能和变形规律。
不同的材料具有不同的热膨胀系数、相变特性和导热性能，因此在选择材料时，要充分考虑这些因素。
例如，对于一些对变形要求较高的零件，可以选择热膨胀系数较小、相变过程较为平稳的材料。
同时，材料的质量也会对变形产生影响，应尽量选择纯净度高、杂质含量少的材料，以减少内部缺陷和不均匀性，从而降低热处理变形的可能性。
三、优化热处理工艺1、加热和冷却方式合理的加热和冷却方式是控制热处理变形的关键。
常见的加热方式有电阻加热、感应加热、火焰加热等。
在选择加热方式时，要考虑加热速度、温度均匀性等因素。
例如，感应加热速度快，但温度分布可能不均匀；电阻加热相对较为均匀，但加热速度较慢。
冷却方式也有多种，如油冷、水冷、空冷等。
快速冷却可以获得较高的硬度和强度，但容易引起较大的变形；而缓慢冷却则变形较小，但可能会影响材料的性能。
齿轮淬火变形分析及控制
齿轮淬火变形分析及控制淬火是一种金属工艺加工技术，用于改善金属材料结构，增加其强度和耐磨性。
由于淬火过程可以改善材料性能，在不同领域中得到了广泛应用，其中，淬火处理齿轮是机械制造工艺中的重要环节。
本文将针对淬火处理齿轮的变形分析和控制进行介绍。
淬火处理齿轮的变形分析就是对其变形的分析，包括变形大小，变形方向和变形分布。
根据具体变形，可以进一步研究变形原因。
在淬火处理齿轮时，其变形可能是由淬火工艺参数，材料性质，淬火热处理等诸多因素所导致的。
齿轮淬火变形的控制方面，有几种常用的方法可以有效地对齿轮的变形进行控制。
首先，要充分掌握淬火过程中的各种参数，并确定最佳淬火参数，以满足淬火后的齿轮形状要求和强度要求。
其次，要注意加工材料的精度，缩小淬火过程中变形的范围，尤其是齿轮上本身存在的缺陷要特别注意，选择合理的工艺参数。
另外，对齿轮表面进行热处理，也可以改善齿轮变形，提高齿轮的强度与耐磨性。
除了上述控制变形方法，还可以使用淬火后的齿轮重新设计，在设计过程中考虑变形影响，以合理的参数确定淬火后的结构形式。
最后，还可以采用淬火结构的预测分析，通过对各种参数的模拟，预估齿轮淬火后的形变。
由于淬火处理齿轮的变形分析和控制都存在很大的技术难度和复杂性，有关的理论研究和应用仍在不断发展。
尽管如此，上述分析及控制方法已经在金属工艺加工技术中得到广泛应用，可以有效控制齿轮淬火后的变形，为确保齿轮正常运转提供了可靠性保证。
总之，齿轮淬火变形分析及控制是一个技术复杂的问题。
要充分了解淬火处理的相关参数，并正确选用合理的控制变形方法，可以有效控制齿轮淬火后的变形，提高齿轮的质量。
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(5)
定工件淬火变形大小的不是整个工件的所有部分的冷却 情况， 而是工件上的参与了淬火变形部位的冷却情况。 为此， 在本文的第二部分提出了 “ 工件．参与淬火变形 ｝ ＝ ．
部位”这个概念。但是 ，面对 一个实 际的工件 ，要 回答
“ 哪些部位参与了淬火变形？哪些部位没有参与淬火变
形？ ”却很不容 易。由于这样 的原 因 ，在 前面 对整 体淬 火变形问题 的讨 论中，我们 实际上认为整个 工件都参与 了淬火变形 。但是 ，在感应 局部加热淬 火 、火焰局部加
的试样 ，习惯 Ｌ 统称 为 “ 形试块 ” 变 。国 内外 的一 些 书
刊中，对这类试块及其应用常有介绍。但是 ， 用这类试 块评选的 “ 较理想的淬火介质” ，用 丁实际乍产时，却 常常 “ 时灵时不灵” 。不仅对不同的工件如此，对不同 的变形试块也不例外。用本文所述的方法 ， 很容易解释
题。
按照讨论 工件 的形 状 大小 与 冷却 速度 带 宽窄 的思 路 ，任何一个工件的冷却速度带 ，都可 以看成 是构成它
缩小参与淬火变 形部位 可 以减小 上件 的淬 火变 形 ， 这应 当成为 一项控制工件淬火变形的措施 来加 以利用 。
的多个组成部分的冷却速度带 （ 集合代数的）相加的结 果。因此，局部加热淬火的工件，它的参与淬■ ■Ｉ ■■疆ｌ ■■■■ｈＪＪ ■皇■－■ 舅 ■● ■ Ｌ ＿■ ●■ 囊 最
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 （ ） ５
北京华立精细化工公 司 （ 昌平 １２ ０ ） 张克俭 ０ ２０
基本思路和办法，来分析和解决工件群体的淬火变形问
题。
定生产条件下，不同的 工件叉有不同的冷却速度带 （ ． 的
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
维普资讯
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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
薄片齿轮淬火变形的解决办法
薄片齿轮淬火变形的解决办法薄片齿轮应用较为广泛，如仪器仪表类、航空航天类等领域，由于该领域对薄片齿轮的精密度要求较高，所以在加工生产中一定要保证其加工精度，严格控制其变形量。
本文以3Cr13钢为基体，介绍了一种新的强化淬火热处理工艺。
1.工艺特征与工艺试验3Cr13是一种常见的不锈钢，有较好的淬透性、淬硬性、抗氧化性和耐蚀性，可油淬、硝盐淬、空冷淬。
表1为3Cr13钢化学成分和临界温度值。
表2为回火时间对硬度的影响。
表1 3Cr13钢化学成分（质量分数，%）和临界温度C Si Mn Cr Ac1/℃Ac3/℃0.25~0.34≤0.60≤0.6012~148001100表2 回火时间对硬度的影响（HRC）回火温度/℃回火时间/min3050120240530~540484639~4035~36550~5604642~4334.533570~58040~4135~363230~30.5590~60033.53229.528图1表明，随着淬火温度升高，硬度、强度增加，但伸长率σ、断面收缩率ψ和冲击韧性α降低，几乎成反比例变化。
当淬火温度过低，小于等于950℃时，主要碳化物和合金元素未充分溶解到奥氏体中去，基体组织含碳量和合金元素较多，奥氏体合金化不充分，有较多过剩碳化物、残余网状碳化物和“α”铁素体相。
当未溶碳化物呈链状不均匀分布时，破坏基体连续性，淬火后出现双相组织，导致强度、韧性的抗蚀性急剧降低。
当淬火温度过高，大于1000℃时，出现粗晶粒，残余奥氏体增多，增大变形，导致硬度、强度、塑性和韧性均降低。
当淬火温度大于1200℃时发生“δ”铁素体共析转变，淬火后出现马氏体加δ相双相组织。
总之，淬火温度愈高，奥氏体中溶解碳和合金元素愈多，奥氏体合金化程度增大，晶粒愈粗，淬火后得到过饱和的粗马氏体，经中、高温回火析出碳化物就愈多且强烈，加上高温淬火产生过多残余奥氏体和出现“δ”铁元素，淬火组织为双相或多相组织，易形成正负微电池作用，导致腐蚀。
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淬火变形问题的解决办法
本文基于淬火变形的机理及其影响因素，浅谈淬火变形的预防控制及后期的
机加工补救方法。
一，导致淬火变形的因素
1，碳含量及其对淬火变化量的影响
高碳钢屈服强度的升高,其变形量要小于中碳钢。对碳素钢来说,在大多数情
况下,以T7A钢的变形量为最小。当碳的质量分数大于0.7％时,多趋向于缩小;
但碳的质量分数小于0.7％时,内径、外径都趋向于膨胀。
碳素钢本身屈服强度相对较低,因而带有内孔(或型腔)类的碳素钢件,变形
较大,内孔(或型腔)趋于胀大。合金钢由于强度较高,Ms点较低,残余奥氏体量较
多,故淬火变形较小,并主要表现为热应力型的变形,其钢件内孔(或型腔)趋于缩
小。因此,在与中碳钢同样条件下淬火时,高碳钢和高合金钢工件往往以内孔收缩
为主。
2，合金元素对淬火变形的影响
合金元素对工件热处理变形的影响主要反映在对钢的Ms点和淬透性的影响
上。大多数合金元素,例如,锰、铬、硅、镍、钼、硼等，使钢的Ms点下降,残余
奥氏体量增多,减小了钢淬火时的比体积变化和组织应力,因此,减小了工件的淬
火变形。合金元素显著提高钢的淬透性,从而增大了钢的体积变形和组织应力,
导致工件热处理变形倾向的增大。此外,由于合金元素提高钢的淬透性,使临界淬
火冷却速度降低,实际生产中,可以采用缓和的淬火介质淬火,从而降低了热应力,
减小了工件的热处理变形。硅对Ms点的影响不大,只对试样变形起缩小作用;钨
和钒对淬透性和Ms点影响也不大,对工件热处理变形影响较小。故工业上所谓微
变形钢,均含有较多量的硅、钨、钒等合金元素。
3，原始组织和应力状态对热处理变形的影响
工件淬火前的原始组织,例如,碳化物的形态、大小、数量及分布,合金元素
的偏析,锻造和轧制形成的纤维方向都对工件的热处理变形有一定影响。球状珠
光体比片状珠光体比体积大,强度高,所以经过预先球化处理的工件淬火变形相
对要小。对于一些高碳合金工具钢,例如,9Mn2V、CrWMn和GCr15钢的球化等级
对其热处理变形开裂和淬火后变形的校正有很大影响,通常以2.5-5级球化组织
为宜。调质处理不仅使工件变形量的绝对值减小,并使工件的淬火变形更有规律,
从而有利于对变形的控制。
条状碳化物分布对工件的热处理变形有很大影响。淬火后平行于碳化物条
带方向工件膨胀,与碳化物条带相垂直的方向则收缩,碳化物颗检愈粗大,条带方
向的膨胀愈大。对于Cr12类型钢和高速钢等莱氏体钢来说,碳化物的形态和分布
对淬火变形的影响尤为显著。
总之,工件的原始组织愈均匀,热处理变形愈小,变形愈有规律,愈易于控制。
4，淬火前工件本身的应力状态对变形有重要影响。特别是形状复杂,经过大
进给量切削加工的工件,其残余应力若未经消除,对淬火变形有很大影响。
5，工件几何形状对热处理变形的影响
几何形状复杂,截面形状不对称的工件,例如带有键槽的轴,键槽拉刀、塔形
工件等,淬火冷却时,一个面散热快,另一面散热慢,是一种不均匀的冷却。如果在
Ms以上的不均匀冷却引起的变形占优势,则冷却快的一面是凹面, 若在Ms以下
的不均匀冷却引起的变形占优势,则冷却快的一面是凸面,增加等温时间,增长贝
氏体转变量,使残余奥氏体更加稳定,减小空冷中的马氏体转变量,可使工件的变
形量显著减小。
6，工艺参数对热处理变形的影响
无论是常规热处理还是特殊热处理,都可能产生热处理变形,分析热处理工
艺参数对热处理变形的影响时,最重要的是分析加热过程和冷却过程的影响。加
热过程的主要参数是加热的均匀性、加热温度和加热速度。冷却过程的主要参数
是冷却的均匀性和冷却速度。不均匀冷却对淬火变形的影响与工件截面形状不对
称造成的不均匀冷却情况相同,本节主要讨论其它工艺参数的影响。
二，淬火变形的预防与控制方法
1) 反向压弯法：根据轴类零件的热处理变形规律，可在淬火前预加一个应
力，即在零件弯曲方向的反向压弯，以补偿淬火后所产生的弯曲变形，可减小校
直工作量。适用于截面明显不均匀，变形严重的零件。
2) 静态淬火法：要求淬火冷却液的温度要均匀，并且是在淬火前刚被搅匀
后的静止状态。将零件用钳子夹住，淬入冷却液中。这种方法可比用铅丝吊扎悬
挂淬入变形量要小得多。
3) 零件设计均匀对称：零件的截面形状设计应尽量均匀对称,必要时可开工
艺用槽。例如，镗杆上有两条对称的槽，实际上只用一条，另一条就是为了减小
热处理变形而设计的。
4)采用专用淬火夹具淬火：如果零件截面是对称的，在出炉后可套入专用夹
具，然后以垂直方向淬入冷却液。由于零件变形受到夹具的限制，一般都可以控
制在预留余量范围以内。
5)利用埋入式盐浴炉加热：插入式盐浴炉加热,零件单面受热快,容易产生弯
曲变形,而埋入式盐浴炉则温度较均匀，而且节能,也可采用流动粒子炉。
6)直吊横放：对于长零件淬火前后的存放,应注意不使零件因自重而弯曲,
最好采用架子直吊。长途运输时，可采用多个塑料气垫包，这样不但能使零件自
动取得平衡,且有减震作用。
7)淬火前消除应力：用于重要的容易变形的零件，例如精密长丝杆等。淬火
前进行退火或正火以细化晶粒并使组织均匀化，减少内应力。淬火加热时严格控
制加热温度。
三，淬火变形的机加工纠正方法。
以渗碳淬火齿轮轴为例，在渗碳前和淬火后的加工余量按标准很大,直接磨
齿即不经济又不方便,硬度大,有什么方法直接加工呢？
采用非金属粘合剂HLCBN刀具BN-S20牌号可对淬硬工件，进行大余量一次
走刀加工完成，BN-S20牌号超硬刀具能够大余量切除淬硬层，替代大余量粗磨
加工，可省去退火后再进行二次淬火的传统加工方法，节约了加工费用和相应的
工序成本，并大幅度提高生产效率。