熱處理時開裂變形的分析

熱處理時開裂變形的分析：

一般來講，鋼鐵熱處理變形除在爐中加熱時因自重產生變形（蠕變）外，其余開裂變形基本與內應力存在一定的聯系。

  內應力如果進行粗略來分恒盛爐業覺得一般可分為如下幾類：

  熱應力、組織應力、鑄、鍛、機加工等靠造成的內應力

  在此主要討論熱處理過程的內應力，主要有熱應力與組織應力。

  熱應力主要出現在加熱過程與冷卻過程，而組織應力一般主要出現在淬火末期。

按熱處理從淬火開始的順序進行一些簡單分析：

一、加熱過程中的應力

  淬火加熱過程無疑是熱應力為主，在加熱過程中有開裂與變形的概率，熱處理中用分級加熱（較詳細說明，以二級預熱來說明）。

1、一級 預熱溫度的選擇

    一般來講，熱處理時用500℃-650℃做為第一級預熱。其目的何在？

    機加后的工件如果是軸，則其直線度、振擺均較好。但這只是因為在機加過程中所受的加工力與工件的內力平衡而已，并非工件內不存在內應力。即機加工過程中，打破了坯料時的應力平衡，而產生了新的應力平衡。

    眾所周知，一般來講鋼鐵材料的屈服強度隨溫度的升高而降低，如果溫度升高到一定的溫度，工件在加熱過程中的熱應力與機加引起的內應力可能產生疊加，超出材料的屈服強度，致使工件產生畸變。

    設想，如果在材料的彈性極限內進行加熱（彈性極限應該也隨著加熱溫度的升高而降低），工件原存的內應力就會釋放，此時會發生工件有規律的彈性變形，避免其高溫加熱產生的因內應力超出屈服強度引起的畸變為好。經過試驗認為，大部分材料的加熱的彈性范圍為450℃-650℃之間，因此選用此溫度范圍為第一級預熱。

2、二級預熱溫度選800℃-890℃，目的何在？

   主要是此為晶格轉變積蓄能量，避免在相變時巨大的內力引發工件的畸變。所以在AC1左右進行預熱是必要的，一般為提升加工效率，將預熱溫度提升到AC1稍高溫度。

3、加熱過程中應力分布分析：參閱相關資料，有非常詳細的各種說明，這里不一一祥敘。

二、冷卻過程的應力

   從高溫冷卻下來到達BS點之前，必定伴隨著熱應力，因此出現了多種的淬火工藝，如分級淬火、邊角預淬火、邊角擦油或水、預冷淬火等，其目的是圍繞著熱應力進行的。

   當溫度到達相變點時，出現了組織應力，為減小組織應力出現了等溫淬火、引上恒溫處理、馬氏體分級淬火等。

   為減小冷卻過程中的應力，出現了上述淬火方法的組合，稱為復合淬火等。

三、減小熱處理變形與開裂的總則

1、均勻加熱

2、均勻冷卻

如此而已，至于實際當中形形色色的方法，均為達到上述目的而進行的。如：堵孔、包邊及尖角、角倒圓、塞石棉、掏料等等。

四、尖銳邊角是所有開裂的罪根禍首嗎？

  恒盛爐業（王云）覺得內應力過大是造成工件變形與開裂的罪根禍首。

  如果大件熱處理（一般在調質淬火后期或調質回火前后），其根本原因在于熱應力的過大，裂紋起始于工件心部或接近于心部。有資料驗證，在大件外部加開小槽進行淬火，結果裂紋并不沿著開槽處開裂。這說明，為避免大件調質開裂，采用表面光滑過渡，增大圓角等均屬藥不對癥。此類件如果可能，加強心部的冷卻是防止開裂的有效著法。當然大件有夾雜、氣泡、發紋與之同在，在熱前進行探傷是有必要的，也是避免開裂的工作。

五 高淬透性鋼真的不能水淬嗎？

  類似D2材料，如40*30*30mm的料，進行正常奧氏體化，然后水淬，認為開裂的人應該會占大多數。不過試驗證明，如果冷卻操作恰當，一樣不會開裂。此類如10mm的小件，可以水中一直冷卻到室溫而不裂，皆因其均勻冷卻之故。當然此類操作不建議普通操作者進行。

六 總結（參考熱處理專家耿建亭意見）

   如同第三條介紹，但如果不能均勻加熱與冷卻怎么辦？

   請仔細分析工件變形與開裂是何種應力造成，用熱應力、組織應力在一定范圍內是相反的原理，適當人為增加反向應力，使熱應力與組織應力的疊加應力互相抵銷，則變形小矣。如大和久重雄認為，不預熱進行淬火，可減小變形一致，但此方法不是萬能的，在有些場合會造成相反的結果。