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热处理变形
作者: 发布日期:2018/09/29 关注次数:642

 

 
变形的原因

  钢的变形主要原因是钢中存在内应力或者外部施加的应力。内应力是因温度分布不均匀或者相变所致,残余应力也是原因之一。外应力引起的变形主要是由于工件自重而造成的“塌陷”,在特殊情况下也应考虑碰撞被加热的工件,或者夹持工具夹持所引起的凹陷等。变形包括弹性变形和塑性变形两种。尺寸变化主要是基于组织转变,故表现出同样的膨胀和收缩,但当工件上有孔穴或者复杂形状工件,则将导致附加的变形。如果淬火形成大量马氏体则发生膨胀,如果产生大量残余奥氏体则相应的要收缩。此外,回火时一般发生收缩,而出现二次硬化现象的合金钢则发生膨胀,如果进行深冷处理,则由于残余奥氏体的马氏体化而进一步膨胀,这些组织的比容都随着含碳量的增加而增大,故含碳量增加也使尺寸变化量增大。

 

淬火变形的主要发生时段
1
加热过程:工件在加热过程中,由于内应力逐渐释放而产生变形。
2
保温过程:以自重塌陷变形为主,即塌陷弯曲。
3
冷却过程:由于不均匀冷却和组织转变而至变形。
加热与变形

 

  当加热大型工件时,存在残余应力或者加热不均匀,均可产生变形。残余应力主要来源于加工过程。当存在这些应力时,由于随着温度的升高,钢的屈服强度逐渐下降,即使加热很均匀,很轻微的应力也会导致变形。

  一般,工件的外缘部位残余应力较高,当温度的上升从外部开始进行时,外缘部位变形较大,残余应力引起的变形包括弹性变形和塑性变形两种。

  加热时产生的热应力和想变应力都是导致变形的原因。加热速度越快、工件尺寸越大、截面变化越大,则加热变形越大。热应力取决于温度的不均匀分布程度和温度梯度,它们都是导致热膨胀发生差异的原因。如果热应力高于材料的高温屈服点,则引起塑性变形,这种塑性变形就表现为“变形”。

  相变应力主要源于相变的不等时性,即材料一部分发生相变,而其它部分还未发生相变时产生的。加热时材料的组织转变成奥氏体发生体积收缩时可出现塑性变形。如果材料的各部分同时发生相同的组织转变,则不产生应力。为此,缓慢加热可以适当降低加热变形,最好采用预热。

  此外,由于加热中因自重而出现“塌陷”变形的情况非常多,加热温度越高,加热时间越长,“塌陷”现象越严重。

 

冷却与变形

 

  冷却不均时将产生热应力导致变形发生。因工件的外缘和内部存在冷却速度差异,该热应力是不可避免的,淬火情况下,热应力与组织应力叠加,变形更为复杂。加之组织的不均匀、脱碳等,还会导致相变点出现差异,相变的膨胀量也有所不同。

  总之,“变形”是相变应力和热应力共同所致,但并非全部应力都消耗在变形上,而是一部分作为残余应力存在于工件中,这种应力就是导致时效变形和时效裂纹的原因。

 

因冷却而导致的变形表现为以下几种形式:
1
件急冷初期,急冷的一侧凹陷,然后转为凸起,结果快冷的一面凸起,这种情况属于热应力引起的变形大于相变引起的变形。
2
由热应力所引起的变形是钢料趋于球形化(见图1),而由相变应力所引起的变形则使之趋于绕线轴状(见图2)。因此淬火冷却所致的变形表现为两者的结合(图3),按照淬火方式的不同,表现出不同的变形如图4所示。
3
仅对内孔部分淬火时,内孔收缩。将整个环形工件加热整体淬火时,其外径总是增大,而内径则根据尺寸的不同时涨时缩,一般内径大时,内孔涨大,内径小时,内孔收缩。
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