锻件热处理变形问题的分析

热处理变形，尤其是淬火变形，是当前国内外热处理行业关注的重要问题。由于引起变形的因素很多，使问题变得很复杂。通常，在新产品设计和工艺方法确定阶段，分析和解决变形问题时应全面考虑，以便综合协调解决方案。在生产中，当锻件出现变形问题时，应当抓主要原因，分析解决所遇到的变形问题。
    1.工件变形的三要素分析法
    热处理超差变形三要素指的是：足够大的应力，足够好的塑性以及足够长的作用时间。任何热处理超差变形都需要这三个要素，只是三者的大小关系是可以互补的。如果应力很大和材料的塑性很好，即使作用时间短，也会引起大的变形。例如，高温加热的工件在转移中受到冲撞引起的变形。塑性好，作用时间很长，即便应力不大，也可能引起大的变形。又如，淬火加热过程中，锻件堆放不当，因叠压或者因自重引起的应力虽然不大，但在长期加热过程中也会造成超差的变形。再如，在淬火冷却中，因介质受到的搅动过于强烈，液流冲击使细长工件发生超差的弯曲变形。这些都是因外力引起的变形。因外力引起的变形问题，其解决办法相对比较简单。


 

    因内应力引起的变形，情况要复杂得多。在冷却过程中，组织应力常和热应力共同存在，彼此叠加或抵消，而且大小和分布在变化中互相作用。加上工件的形状因素，它们的作用情况就更加复杂。因此，分析这类变形时首先要注意的是，在液体介质中淬火冷却时，形状较复杂的工件不同部位表面温度差别会很大。冷得快的部分一旦冷到所用液体介质的特性温度以下时，就立即从蒸汽膜阶段进人沸腾冷却阶段。这部分表面获得的冷却速度突然大增，和锻件上仍然处于蒸汽膜阶段部分的温度差异也就会急剧增大，导致热应力增大。如果该介质的特性温度偏低，这种应力的作用时间还会很长，故容易引起超差变形。其次，若冷却速度过快，过冷奥氏体转变成马氏体时的体积膨胀，则会引起很大的内应力，从而引起淬火变形。再次，若淬火冷却的速度不足，在马氏体组织的百分比急剧变化的区域，因比体积差异常形成大的内应力，最终引起大的变形且还会导致工件淬火硬度不足。高温下材料的塑性好，容易发生变形。此外，在材料发生相变过程中，由于具有相变超塑性，所以使材料变形更容易。加热过程中，由珠光体转变成奥氏体时有超塑性；过冷奥氏体发生马氏体转变时有超塑性；马氏体发生回火转变时也有超塑性。如前面提到的加压回火矫直法，靠的主要是回火转变时的相变超塑性。因此，这种方法只在第一次回火时有效，原因就在于此。
    作用时间长短是第三个值得注意的要素。在热处理中，为了减小变形量，凡需要比较长的时间才能完成的过程（如工件加热过程），应当设法把可能出现的内外应力减至最小。为了减小热应力引起的变形，使用液体冷却介质时，要设法缩短介质的蒸汽膜阶段，以缩短工件冷却过程中不同部位的表面温度跨在介质特性温度上下的时间。
    综上所述，减小热处理变形应从上述三要素上采取措施。其原则是：在工件处于塑性好的时期，尽量减小内外因素引起的应力，缩短应力的作用时间。