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杆状零件的热处理变形分析

文章出处:冠亚体育娱乐热处理责任编辑:热处理设备小许查看手机网址
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人气:-发表时间:2017-06-22 09:00【

杆状零件在淬火时主要产生弯曲变形。长杆状的零件弯曲变形几乎是不可避免的,必须由相应的矫直工序来解决。但是应当尽可能减少其弯曲变形,对那些要求硬度较高而在矫直时容易折断的工件,尤其如此。

1.截面对称的杆状件

所谓“截面对称”的杆状零件,即圆形、方形、六角形等。这类零件在冷却时,只要工件的运动方向垂直冷却剂,外界吸热理应均匀,即互相对称的两个方向吸热情况相同。因此,只要大家真正掌握这一点,就可以使零件淬火变形很小,当然这是说在加热时零件没有发生变形。

实际上对长杆状工件来说,真正做到外界均匀地吸热是不容易的,严格说来是不可能的。因此为了尽可能地保证不产生严重的弯曲变形,在操作时必须注意以下几个问题:

(1)加热时应垂直悬挂。

(2)取出后在空气中移动要慢,太快了等于迎风而动,造成一面快冷,另一面慢冷,引起变形。

(3)自重入水、入油、入淬火介质。太快或太慢都不易保证工件的垂直方向,如斜向入水必然造成冷却不均匀,引起弯曲变形。

(4)最好不使用流动性强的冷却剂。

2.截面非对称的杆状件

所谓非对称的杆状零件,如半圆形,梯形,有槽的零件等,其截面千奇百怪,多种多样。这类零件当外界施以均匀的冷却时,工件本身得到的是不均匀的冷却。这时大家就有必要给以不均匀的冷却。为了确定冷却方式,应当首先了解非对称杆状件在热应力及组织应力作用之下如何变形。弯曲的主要根源是热应力或组织应力使工件发生了局部的塑性拉伸或塑性压缩。

在热应力作用下,先冷部位受拉应力作用而塑性延伸,后冷部位受压应力作用而塑性压缩,如无此塑性变形的发生,在冷却过程中无论怎样凸出或凹进,最后冷却下来,仍然会恢复原状。

杆状件在不均匀冷却下由组织应力作用而引起的变形,分两种情况,一是先后冷却部分都形成了马氏体;另一种是快冷部分形成马氏体,而慢冷部分形成了珠光体,即两侧形成了不同的组织。

前一种,即全部淬火为马氏体组织的情况下,也不是单纯组织应力的作用,而是有热应力混于其中。单纯组织应力的作用,生产中例子很难找。但也有组织应力显得格外突出的情况,例如:高速钢拉刀在淬火出油(或分级盐浴)后,进行不停的热矫直,温度缓慢地降至200℃左右(即高速钢的Ms点附近),那么以后的冷却变形,就是由所谓“单纯”的组织应力引起的。如果热矫直量不是很大,拉刀直径(或厚度)也不大,则它在一面快冷(如放在铁板平台上)时,先发生极微量的翘起(即向快冷一面凸出),而等到上部也冷下来,将发生向上拱起的现象。也就是说,在进行马氏体转变温度范围内,杆状件的弯曲将(最终)向冷得慢的那一方凸出。可见这是同热应力的作用正好相反的。

从组织应力(这里指的是转变为同一组织)的本质和热应力的本质比较,它们具有相反的方向,而热应力是因“冷缩”的不均匀性而发生,组织应力则由于“冷胀”的不均匀性而引起。因此可以说,在转变成同一组织的情况下,组织应力所产生的变形正好和热应力引起的变形相反。

在转变成不同组织时,情况就不同了。如快冷部分先形成马氏体,慢冷部分由于冷得太慢达不到钢的临界冷却速度,形成了珠光体,则杆状零件的弯曲是向快冷一面凸出,这种情况又正好和上述情况相反,组织应力产生的变形和热应力所产生变形相一致了。

在实际生产中,非对称零件不论什么钢种,在完全淬硬的情况下,若采用水淬(包括盐水)多数是冷却快的一面产生凸出的变形;而油淬或硝盐分级淬火时多数冷得快的一面产生凹入的变形。前者由于水冷速度快,热应力显著,后者则组织应力显著,因而产生了方向完全相反的变形。

非对称零件,可依它们在淬火过程中的实际情况分析其中哪种应力是主要的,并采取措施加以抵消。淬透性不大的钢件和低合金钢尺寸较大的工件,一般淬透层不大时热应力是主要的,弯曲表现为向薄的一面(冷得快的一面)凸出,主要应通过冷待(预冷)和改变入水(油)的方式来解决。冷待可以减少工件和冷却介质之间的温差,减少热应力,入水时使厚的一面(冷得慢的一面)先入水或加强其冷却,利用外界的不均匀冷却来减少工件内的温差。淬透性低,厚薄相差大的工件可能发生快冷一面(薄的)形成马氏体,而厚的一面根本淬不上火,这时产生的变形和单纯热应力的情况是一致的(即向冷得快的一面凸出),这种情况也可采用将厚的一面的加强冷却方法,来抵消薄的一面在形成马氏体时发生伸长而导致的弯曲。

淬透性较大的钢件,可能完全淬透或大部淬透,对于杆状件讲,转变成相同组织(马氏体),其组织应力就可能成为弯曲的主要原因。这时变形表现为向厚的一面(冷得慢的一面)凸出,解决办法可以适当提前出水、出油或采用分级、等温处理,使其在Ms点以下慢冷。若零件不必淬透,则可适当降低淬火温度或采用缓慢冷却的介质。

总之,为了避免热应力的影响,要在高温段的冷却上下功夫,为避免组织应力的作用(对淬透性较大的零件),应在低温区下功夫,使冷却尽可能均匀一致。

此文关键字:杆状零件的热处理

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