熱處理變形的問題

一、淬火應變有尺寸變化和形狀變化

淬火應變（ distortion ）有尺寸變化，形狀變化（變形）兩種。所謂尺寸變化是淬火時相變引起膨脹或收縮所致的尺寸變化，主要是指伸長、縮短、變粗、變細等相似變形。變形主要是由零件的自重引起的下垂和由應力引起的形狀走樣，例如翹曲、彎曲、扭曲等非相似變形。

當然，若尺寸發生變化，其形狀也發生變化，所以分不清是尺寸變化還是變形也是常有的、尺寸變化和變形往往互相重疊出現。用淬火應變進行形象化地表達最恰當。金屬學上淬火應變的定義是：熱處理後的零件所產生的應力總和趨向為零的狀態。

淬火應變的出現涉及三個階段：

①加熱（基於內應力的消除） ；

②保溫（自重下垂，即下垂彎曲）；

③冷卻（基於不均勻的冷卻和相變），這三階段互相疊加最終導致零件的淬火應變。

二、關於尺於變化的6問

1.尺寸變化的原因是什麼

通常尺寸變化是由組織變化引起的，即由相變引起的膨脹和收縮造成的。淬火生成馬氏體時發生膨脹：而生成殘餘。奧氏體時發生收縮，而且有多少殘餘奧氏體就產生多少收縮。

進行回火時，一般是收縮，出現多次回火硬化的合金鋼則為膨脹，另外，進行冷處理時由於殘餘奧氏體的馬氏體化發生膨脹從而引起尺寸變化，這些組織的比容隨著含碳量的增加而增加，含碳量越多，尺變化也越大。

2.材質和尺寸變化

由淬火引起的尺寸變化（淬火應變）隨鋼的材質不同而異。圖3一2和圖3——3給出了水淬和油淬所引起的尺寸變化與材質化學成分之間的關係。由圖可知，P、Mo、Cr、C和Mn對尺寸變化影響很大，而Si和Ni對尺寸變化影響較小。量具刃具鋼SKS3和SKS31（W -Cr-Mn工具鋼）是淬火變形小的鋼，甚至稱為是不發生淬火應變的鋼。

其次鋼的塑性流線對淬火尺寸變化有很大影響，沿著塑性流線的方向，即在縱向上尺寸變化大；與縱向垂直的方向，即橫向。 上尺寸變化小，因此取材時必須注意與其塑性流線方向一致。另外碳化物的線狀偏析對尺寸變化也有影響。

3.淬火和尺寸變化

（1）僅由組織變化引起的尺寸變化

鋼件進行淬火時，有各種組織變化。這些組織變化引起尺寸變化。當從奧氏體組織轉化為馬氏體組織時（完全淬火）零件的尺寸變化（膨脹）最大；當奧氏體組織轉變為貝氏體組織時，尺寸變化約為上述的1/ 3；當其轉為珠光體組織時（退火）約為上述的1/4。還有，由馬氏體化而產生的膨脹隨鋼的含碳量的增加而增大。

（2）殘餘奧氏體的影響

由於淬火的作用，哪怕有少量奧氏體殘留下來，也會相應地減少由膨脹所致的尺寸變化。因此，少量殘餘奧氏體的存在導致尺寸改變的減少。然而殘餘奧氏體的存在會使淬火硬度降低，在常溫中放置會發生時效變形。

（3）未固溶碳化物的影響

在淬火加熱時，碳化物固溶於奧氏體中越少；換言之，殘餘碳化物越多，尺寸變化就越小。殘餘碳化物本身如形態、種類的變化不引起體積變化，所以與尺寸變化毫無關係。

（4）冷處理的影響

施行冷處理時，殘餘奧氏體減少，馬氏體增多，所以產生膨脹性尺寸變化。

4.回火和尺寸變化

（1）馬氏體的分解

回火引起的馬氏體分解，是造成收縮性尺寸變化的原因。該尺寸變化量隨馬氏體的含碳量而變化，馬氏體的含碳量越高，尺寸變化越大。但是若以淬火前的狀態為基準，經過淬火、回火後的綜合尺寸變化最終仍然是膨張性的。

（2）未固溶碳化物的影晌

如有未固溶碳化物的活，奧氏體的含碳量減少，且碳化物本身對尺寸變化無影響，所以間火第一段{ 200個以下的回火）的尺寸變化是收縮性的。

（3）殘餘奧氏體的影響。

如有殘餘奧氏體存在，回火引起的尺寸變化小；當回火溫度在200℃以上，殘餘奧氏伴向貝氏體轉化，造成膨脹性的尺寸變化。因此回火初期（ 200℃以下），殘餘奧氏體使尺寸收縮。在該溫度以上，升高回火溫度，殘餘奧氏體的分解會造成膨脹性的尺寸變化。

5.合金鋼的尺寸變化

合金鋼內的碳化物中往往固溶特殊元素，但其比容可以說幾乎不變。因此，對待合金鋼的方法與上述方法相同。只不過殘餘奧氏體的量是按合金元素的種類和量的不同而變化的：還有碳化物的量也在變化。所以必須考慮尺寸變化。

6.如何減少尺寸變化

尺寸變化是淬火或回火後組織變化而引起的現象。因此完全消除尺寸變化是不可能的。只有依靠熱處理方法減小它：

（1）膨脹是馬氏體引起的：收縮是殘餘奧氏體引起的，

所以要減少馬氏體的量和固溶於馬氏體中的含碳量，還應使殘餘奧氏體的量增多，但是必須注意，殘餘奧氏體增多，會導致時效變形。

（2 ）使未固溶碳化物（殘餘碳化物）增多。

（3）用馬氏體以外的其它組織使鋼硬化，其中最好是利用貝氏體組織。50%的貝氏體加50%的馬氏體組織的鋼既硬尺寸變化又小，因此便於尺寸控制。

（4）應該進行回火處理。

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