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金屬材料的熱處理是將固態(tài)金屬或合金，采用適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行加熱、保溫和冷卻，有時(shí)并兼之以化學(xué)作用和機(jī)械作用，使金屬合金內(nèi)部的組織和結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而獲得改善材料性能的工藝。熱處理工藝是使各種金屬材料獲得性能的重要手段。很多實(shí)際應(yīng)用中合理選用材料和各種成形工藝但是熱處理工藝除了具有積極的作用之外，在處理過(guò)程中也不可避免地會(huì)產(chǎn)生或多或少的變形，而這又是機(jī)械加工中必須避免的，兩者之間是共存而又需要避免的關(guān)系，只能采用相應(yīng)的方法盡量把變形量控制在盡量小的范圍內(nèi)。
一、溫度是變形的關(guān)鍵因素
金屬材料的熱處理變形工業(yè)上實(shí)際應(yīng)用的熱處理工藝形式非常多，但是它們的基本過(guò)程都是熱作用過(guò)程，都是由加熱、保溫和冷卻三個(gè)階段組成的。整個(gè)工藝過(guò)程都可以用加熱速度、加熱溫度、保溫時(shí)間、冷卻速度以及熱處理周期等幾個(gè)參數(shù)來(lái)描述。在熱處理工藝中，要用到各種加熱爐，金屬熱處理便在這些加熱爐中進(jìn)行(如基本熱處理中的退火、淬火、回火、化學(xué)熱處理的滲碳、滲氨、滲鋁、滲鉻或去氫、去氧等等)。因此，加熱爐內(nèi)的溫度測(cè)量就成為熱處理的重要工藝參數(shù)測(cè)量。每一種熱處理工藝規(guī)范中，溫度是很重要的內(nèi)容。如果溫度測(cè)量不準(zhǔn)確，熱處理工藝規(guī)范就得不到正確的執(zhí)行，以至造成產(chǎn)品質(zhì)量下降甚至報(bào)廢。溫度的測(cè)量與控制是熱處理工藝的關(guān)鍵，也是影響變形的關(guān)鍵因素。
(1)工藝溫度降低后工件的高溫強(qiáng)度損失相對(duì)減少，塑性抗力增強(qiáng)。這樣工件的抗應(yīng)力變形、抗淬火變形、抗高溫蠕變的綜合能力增強(qiáng)，變形就會(huì)減少;
(2)工藝溫度降低后工件加熱、冷卻的溫度區(qū)間減少，由此而引起的各部位溫度不一致性也會(huì)降低，由此而導(dǎo)致的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力也相對(duì)減少，這樣變形就會(huì)減少;
(3)如果工藝溫降低、且熱處理工藝時(shí)間縮短，則工件的高溫蠕變時(shí)間減少，變形也會(huì)減少。
二、變形的其它影響因素及減小措施
(一)預(yù)備熱處理
正火硬度過(guò)高、混晶、大量索氏體或魏氏組織都會(huì)使內(nèi)孔變形增大，所以要用控溫正火或等溫退火來(lái)處理鍛件。金屬的正火、退火以及在進(jìn)行淬火之前的調(diào)質(zhì)，都會(huì)對(duì)金屬的變形量產(chǎn)生一定的影響，直接影響到的是金屬組織結(jié)構(gòu)上的變化。實(shí)踐證明，在正火時(shí)采用等溫淬火可有效地使金屬組織結(jié)構(gòu)趨于均勻，從而使其變形量減小。
(二)運(yùn)用合理的冷卻方法
金屬淬火后冷卻過(guò)程對(duì)變形的影響也是很重要的一個(gè)變形原因。熱油淬火比冷油淬火變形小，一般控制在100±20℃。油的冷卻能力對(duì)變形也是至關(guān)重要的。淬火的攪拌方式和速度均影響變形。金屬熱處理冷卻速度越快，冷卻越不均勻，產(chǎn)生的應(yīng)力越大，模具的變形也越大。可以在保證模具硬度要求的前提下，盡量采用預(yù)冷;采用分級(jí)冷卻淬火能顯著減少金屬淬火時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，是減少一些形狀較復(fù)雜工件變形的有效方法;對(duì)一些特別復(fù)雜或精度要求較高的工件，利用等溫淬火能減少變形。
(三)零件結(jié)構(gòu)要合理
金屬熱處理后在冷卻過(guò)程中，總是薄的部分冷得快，厚的部分冷得慢。在滿足實(shí)際生產(chǎn)需要的情況下，應(yīng)盡量減少工件厚薄懸殊，零件截面力求均勻，以減少過(guò)渡區(qū)因應(yīng)力集中產(chǎn)生畸變和開(kāi)裂傾向;工件應(yīng)盡量保持結(jié)構(gòu)與材料成分和組織的對(duì)稱性，以減少由于冷卻不均引起的畸變;工件應(yīng)盡量避免尖銳棱角、溝槽等，在工件的厚薄交界處、臺(tái)階處要有圓角過(guò)渡;盡量減少工件上的孔、槽筋結(jié)構(gòu)不對(duì)稱;厚度不均勻零件采用預(yù)留加工量的方法。
(四)采用合理的裝夾方式及夾具
目的使工件加熱冷卻均勻，以減少熱應(yīng)力不均，組織應(yīng)力不均，來(lái)減小變形，可改變裝夾方式，盤類零件與油面垂直，軸類零件立裝，使用補(bǔ)償墊圈，支承墊圈，疊加墊圈等，花鍵孔零件可用滲碳心軸等。
(五)機(jī)械加工
當(dāng)熱處理是工件加工過(guò)程的后工序時(shí)，熱處理畸變的允許值應(yīng)滿足圖樣上規(guī)定的工件尺寸，而畸變量要根據(jù)上道工序加工尺寸確定。為此，應(yīng)按照工件的畸變規(guī)律，熱處理前進(jìn)行尺寸的預(yù)修正，使熱處理畸變正好處于合格范圍內(nèi)。當(dāng)熱處理是中間工序時(shí)，熱處理前的加工余量應(yīng)視為機(jī)加工余量和熱處理畸變量之和。通常機(jī)械加工余量易于確定，而熱處理由于影響因素多比較復(fù)雜，因此為機(jī)械加工留出足夠的加工余量，其余均可作為熱處理允許畸變量。熱處理后再加工，根據(jù)工件的變形規(guī)律，施用反變形、收縮端預(yù)脹孔，提高淬火后變形合格率。
(六)采用合適的介質(zhì)
在保證同樣硬度要求的前提下，盡量采用油性介質(zhì)，實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐證明，再其他條件無(wú)差異的前提下，油性介質(zhì)的冷卻速度較慢，而水性介質(zhì)的冷卻速度則相對(duì)快一些。而且，和油性介質(zhì)相比，水溫變化對(duì)水性介質(zhì)冷卻特性的影響較大，在同樣的熱處理?xiàng)l件下，油性介質(zhì)相對(duì)水性介質(zhì)淬火后的變形量要相對(duì)小。
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