熱處理工藝、操作與變形關系

預處理

淬火前通過對工件進行消除應力、改善組織的預備熱處理，對減少淬火變形是非常有利的。預處理一般包括球化退火、消除應力退火，有些還采用調質或正火處理。

①消除應力退火：在機械加工過程中，工件表層在加工方法、背吃刀量、切削速度等的影響下，會產生一定的殘余應力，由于其分布的不均衡，導致了工件在淬火時產生了變形。為了消除這些應力的影響，淬火前將工件進行一次消除應力的退火是必要的。消除應力退火的溫度一般為500~700℃，在空氣介質中加熱時，為防止工件產生氧化脫碳可采用500~550℃進行退火，保溫時間一般為2~3h。工件裝爐時要注意可能因自重引起的變形，其他操作同一般退火操作。

②以改善組織為目的的預熱處理：這種預處理包括球化退火、調質及正火等。

球化退火：球化退火是碳素工具鋼及合金工具鋼在熱處理過程中必不可少的工序，球化退火后所獲得的組織對淬火變形趨勢影響很大。所以可以通過調整退火后的組織來減少某些工件有規(guī)律的淬火變形。

其他預處理：為減少淬火變形所采用的預處理方法有很多種，如調質處理、正火處理等。針對工件產生淬火變形的原因及工件所用材料，合理地選用正火、調質等預處理對減少淬火變形是有效的。但應對正火后引起的殘余應力及硬度提高對機加工的不利影響應給予注意，同時調質處理對含W、Mn等鋼可減少淬火時脹大，而對GCr15等鋼種的減少變形作用不大。

在實際生產中要注意分清淬火變形產生的原因，即要分清淬火變形是由殘余應力引起的還是由組織不佳引起的，只有這樣才能對癥處理。若是由殘余應力引起的淬火變形則應進行消除應力退火而不用類似調質等改變組織的預處理，反之亦然。只有這樣，才能達到減少淬火變形的目的，才能降低成本，保證質量。

以上各種預處理的具體操作同其他相應操作，此處不贅述。

淬火加熱操作

①淬火溫度：淬火溫度對工件的淬火變形影響很大。我們可通過調整淬火溫度來達到減少變形的目的，或將預留機械加工余量同淬火溫度來達到減少變形的目的，或將預留機械加工余量同淬火溫度經熱處理試驗后合理地選擇、使用，從而達到減少后序加工余量。淬火溫度對淬火變形的影響除與工件所用材料有關外，還與工件的尺寸、形狀等有關。當工件形狀和尺寸差異很大時，雖然工件使用材料一樣，但淬火變形趨勢卻大不相同，作者在實際生產中應注意這種情況。

②淬火保溫時間：保溫時間的選擇除了要保證工件透燒、淬火后達到要求的硬度或其他力學性能外，還要考慮它對淬火變形的影響。延升淬火保溫時間，實際上就相應地提高了淬火溫度。特別是對高碳高鉻鋼，這一影響尤顯突出。

③裝爐方法：工件在加熱時擺放形式不合理，則會產生因工件自重而引起的變形或因工件之間相互擠壓產生變形或因工件堆放過密造成加熱及冷卻不均而產生變形。

如某彈簧件，淬火時曾用垂直吊掛的方式在860±10℃的保護氣氛加熱爐中加熱保溫30min，保溫后從爐中取出并將工件垂直淬入冷卻油中，淬火后彈簧總長縮短了27mm，并且上下螺距因淬入淬火介質的時間差異而變形量也不一樣。后改用彈簧套在心軸上，并水平吊掛裝爐，其他操作過程同前，淬火后，其變形情況大為改觀，螺距均勻，總長度收縮較小。

特別是細長的工件除不能以密堆橫放的方式裝爐外，在鹽浴爐加熱時，還應考慮到因加熱介質翻滾使工件產生變形的可能。細長且重量較小的桿類工件裝爐時，一般是將鹽浴爐先升至稍高于淬火溫度，斷電后再將工件裝入鹽浴爐中，裝爐時要穩(wěn)，并且采用不通電的方式加熱工件，從而達到減少工件的淬火變形的目的。

④加熱方式：工件的形狀復雜、厚薄懸殊較大時，特別是當其材料的含碳及合金元素較高時，其加熱過程一定要緩慢均勻，應充分利用預熱過程，一次預熱不行的，采用二次、三次預熱。對用預熱方式仍不能解決變形的較大工件，還可采用裝箱保護在箱式電阻爐中加熱，加熱時除限速升溫外，還可增加等溫過程，以便減少由于加熱速度過快而產生的淬火變形。

冷卻操作

淬火變形主要是來自冷卻過程。合理的淬火介質、熟練的操作技能，冷卻過程中的每一個環(huán)節(jié)都直接地影響著工件的淬火變形。

1、合理選擇淬火介質：在保證工件經淬火后硬度達到設計要求的情況下，工件淬火時應盡可能地選用較緩和的淬火介質。如利用加熱浴介質冷卻（利用熱浴介質冷卻時可趁熱對工件進行矯直）。盡可能用空冷淬火，以及用介于水、油冷速之間的淬火介質代替水油雙介質淬火等。

空冷淬火：空冷淬火對減少高速鋼、鉻型模具鋼及空冷微變形鋼的淬火變形是有效的。對?火后硬度要求不高的3Cr2W8V鋼，通過適當?shù)卣{整淬火溫度也可用空淬火來達到減少變形的目的。

油冷淬火：油是一種比水的冷卻速度小得多的淬火介質，但對那些具有較高淬透性且尺寸小、形狀復雜的變形傾向大的工件來說，無疑人們仍會認為油的冷卻速度偏高，而對尺不大但淬透性較差的工件，油的冷卻速度卻又顯不足了。為了解決上述矛盾，充分利用油淬減少工件的淬火變形，人們采取了調節(jié)油溫及提高淬火溫度的方未能來擴大對油的利用。

改變淬火用油的溫度：利用淬火用同的油溫來減少淬火變形尚存在以下問題，即油溫偏低時，淬火變形仍很大，而油溫偏高時又難以保證工件淬火后的硬度。某些工件在形狀和材料的綜合作用下，提高淬火用油的溫度還可能會增加其變形。所以，根據(jù)工件材料、截面尺寸及形狀等實際情況通過試驗后再確定淬火用油的油溫，這是非常必要的。

利用熱油淬火時，為避免因淬火冷卻引起油溫過高而發(fā)生火災，應在油槽附近配備必要的消防器材。此外還應定期檢測淬火用油的質量指標，并及時補充或更換新油。

提高淬火溫度：此法適用于在正常淬火溫度下加熱保溫后經油淬后達不到硬度要求的較小截面的碳素鋼制工件及尺寸稍大的合金鋼工件。通過適當?shù)靥岣叽慊饻囟群笥痛?，則達到即能淬硬又能減少變形的效果。利用這種方法淬火時要注意防止因提高淬火溫度而可能引起晶粒粗化、降低工件的力學性能和使用壽命等問題。

分級、等溫淬火：在淬硬度能滿足設計要求的情況下，應充分利用熱浴介質的分級、等溫淬火，來達到減少淬火變形的目的。這一方法對淬透性較低的、小截面碳素結構鋼、工具鋼同樣有效，特別是淬透性較高的含鉻模具鋼、高速鋼制工件，熱浴介質分級、等溫淬火冷卻方法是這類鋼的基本淬火方法。同樣，對那些淬火硬度要求不高的碳素鋼、低合金結構鋼也是行之有效的。

在利用熱浴淬火時，應注意以下問題：

、用油浴分級、等溫淬火時，應對油溫進行嚴格控制，防止火災的發(fā)生。

第二、用硝鹽分級淬火時，硝鹽槽應配備必要的儀表及水冷裝置，其他注意事項詳見相關資料，此處不再贅述。

第三、等溫淬火時要嚴格控制等溫溫度，溫度偏高或偏低都不利于減少淬火變形。另外等溫淬火時工件的吊掛方式要選擇合量，防止因工件自重而引起的變形。

第四、利用等溫或分級淬火趁熱矯正工件形狀時，工裝夾具應配備齊全，操作時動作要迅速。防止對工件淬火質量產生不利影響。

2、冷卻操作：冷卻過程中操作的熟練程度對淬火變形的影響很大，特別是利用水、油等淬火介質時，操作熟練與否更為重要了。

正確的淬入介質方向：一般來說，截面對稱和細長桿類工件，垂直淬入淬火介質，截面不對稱的工件可采用斜向淬入淬火介質。實際上正確的淬入淬火介質方向就是使工件各部分能均勻冷卻的方向。將冷卻慢的部分先淬入淬火介質，冷卻快的部分后淬入淬火介質。在實際生產中要特別注意工件的形狀對冷卻速度的影響，工件表面積大的部分，并不意味著其冷卻速度就大，特別是在該部分形狀比較復雜時，由于冷卻不均勻，很可能會導致冷卻速度比表面積小的部分的冷卻速度慢。所以如何選擇進入淬火介質方向，應根據(jù)工件的形狀具體掌握。

工件在淬火介質中的運動：冷卻速度慢的部人應迎水運動。形狀相對稱的工件在水中運動路線要對稱均勻，運動幅度要小且速度要快。對于細長薄片類工件淬入淬火介質時要穩(wěn)，工件不應在淬火介質中擺動，這類工件Z好不用鐵絲捆綁淬火而用鉗子夾持淬火。

工件淬入淬火介質的速度：工件淬入淬火介質時的速度要快。特別是細長、筒類工件，如淬入淬火介質的速度慢，則會導致其彎曲變形增大以及會使筒類件先淬入淬火介質部分和后淬入淬火介質部分的變形量差異增大。

采用加保護的冷卻：截面尺寸差別較大的工件應將冷卻速度快的部分用石棉繩、鐵皮等物進行捆綁保護，借以降低該部分的冷卻速度，從而使工件各部分冷卻均勻。

工件在水中的冷卻時間：對于由組織應力為主引起變形的工件可縮短其在水中的冷卻時間；而對于由熱應力為主引起變形的工件則可適當延長其在水中的冷卻時間，從而達到減少工件淬火變形的目的。

（來源：熱加工論壇）