熱處理時(shí)開裂變形的分析

熱處理時(shí)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(shí)因自重產(chǎn)生變形（蠕變）外，其余開裂變形基本與內(nèi)應(yīng)力存在一定的聯(lián)系。
  內(nèi)應(yīng)力如果進(jìn)行粗略來分恒盛爐業(yè)覺得一般可分為如下幾類：
  熱應(yīng)力、組織應(yīng)力、鑄、鍛、機(jī)加工等靠造成的內(nèi)應(yīng)力
  在此主要討論熱處理過程的內(nèi)應(yīng)力，主要有熱應(yīng)力與組織應(yīng)力。
  熱應(yīng)力主要出現(xiàn)在加熱過程與冷卻過程，而組織應(yīng)力一般主要出現(xiàn)在淬火末期。
按熱處理從淬火開始的順序進(jìn)行一些簡(jiǎn)單分析：
一、加熱過程中的應(yīng)力
  淬火加熱過程無疑是熱應(yīng)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(jí)加熱（較詳細(xì)說明，以二級(jí)預(yù)熱來說明）。
1、一級(jí) 預(yù)熱溫度的選擇
    一般來講，熱處理時(shí)用500℃-650℃做為第一級(jí)預(yù)熱。其目的何在？
    機(jī)加后的工件如果是軸，則其直線度、振擺均較好。但這只是因?yàn)樵跈C(jī)加過程中所受的加工力與工件的內(nèi)力平衡而已，并非工件內(nèi)不存在內(nèi)應(yīng)力。即機(jī)加工過程中，打破了坯料時(shí)的應(yīng)力平衡，而產(chǎn)生了新的應(yīng)力平衡。
    眾所周知，一般來講鋼鐵材料的屈服強(qiáng)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(yīng)力與機(jī)加引起的內(nèi)應(yīng)力可能產(chǎn)生疊加，超出材料的屈服強(qiáng)度，致使工件產(chǎn)生畸變。
    設(shè)想，如果在材料的彈性極限內(nèi)進(jìn)行加熱（彈性極限應(yīng)該也隨著加熱溫度的升高而降低），工件原存的內(nèi)應(yīng)力就會(huì)釋放，此時(shí)會(huì)發(fā)生工件有規(guī)律的彈性變形，避免其高溫加熱產(chǎn)生的因內(nèi)應(yīng)力超出屈服強(qiáng)度引起的畸變?yōu)楹谩＝?jīng)過試驗(yàn)認(rèn)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(jí)預(yù)熱。
2、二級(jí)預(yù)熱溫度選800℃-890℃，目的何在？
   主要是此為晶格轉(zhuǎn)變積蓄能量，避免在相變時(shí)巨大的內(nèi)力引發(fā)工件的畸變。所以在AC1左右進(jìn)行預(yù)熱是必要的，一般為提升加工效率，將預(yù)熱溫度提升到AC1稍高溫度。
3、加熱過程中應(yīng)力分布分析：參閱相關(guān)資料，有非常詳細(xì)的各種說明，這里不一一祥敘。
二、冷卻過程的應(yīng)力
   從高溫冷卻下來到達(dá)BS點(diǎn)之前，必定伴隨著熱應(yīng)力，因此出現(xiàn)了多種的淬火工藝，如分級(jí)淬火、邊角預(yù)淬火、邊角擦油或水、預(yù)冷淬火等，其目的是圍繞著熱應(yīng)力進(jìn)行的。
   當(dāng)溫度到達(dá)相變點(diǎn)時(shí)，出現(xiàn)了組織應(yīng)力，為減小組織應(yīng)力出現(xiàn)了等溫淬火、引上恒溫處理、馬氏體分級(jí)淬火等。
   為減小冷卻過程中的應(yīng)力，出現(xiàn)了上述淬火方法的組合，稱為復(fù)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(shí)際當(dāng)中形形色色的方法，均為達(dá)到上述目的而進(jìn)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?zhǔn)讍幔?/SPAN>
  恒盛爐業(yè)（王云）覺得內(nèi)應(yīng)力過大是造成工件變形與開裂的罪根禍?zhǔn)住?/SPAN>
  如果大件熱處理（一般在調(diào)質(zhì)淬火后期或調(diào)質(zhì)回火前后），其根本原因在于熱應(yīng)力的過大，裂紋起始于工件心部或接近于心部。有資料驗(yàn)證，在大件外部加開小槽進(jìn)行淬火，結(jié)果裂紋并不沿著開槽處開裂。這說明，為避免大件調(diào)質(zhì)開裂，采用表面光滑過渡，增大圓角等均屬藥不對(duì)癥。此類件如果可能，加強(qiáng)心部的冷卻是防止開裂的有效著法。當(dāng)然大件有夾雜、氣泡、發(fā)紋與之同在，在熱前進(jìn)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(jìn)行正常奧氏體化，然后水淬，認(rèn)為開裂的人應(yīng)該會(huì)占大多數(shù)。不過試驗(yàn)證明，如果冷卻操作恰當(dāng)，一樣不會(huì)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(dāng)然此類操作不建議普通操作者進(jìn)行。
六 總結(jié)（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(qǐng)仔細(xì)分析工件變形與開裂是何種應(yīng)力造成，用熱應(yīng)力、組織應(yīng)力在一定范圍內(nèi)是相反的原理，適當(dāng)人為增加反向應(yīng)力，使熱應(yīng)力與組織應(yīng)力的疊加應(yīng)力互相抵銷，則變形小矣。如大和久重雄認(rèn)為，不預(yù)熱進(jìn)行淬火，可減小變形一致，但此方法不是萬能的，在有些場(chǎng)合會(huì)造成相反的結(jié)果。

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