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        桿狀零件的熱處理變形分析

        文章出處:青島豐東熱處理責任編輯:熱處理設備小許查看手機網址
        掃一掃!桿狀零件的熱處理變形分析掃一掃!
        人氣:-發表時間:2017-06-22 09:00【

        桿狀零件在淬火時主要產生彎曲變形。長桿狀的零件彎曲變形幾乎是不可避免的,必須由相應的矯直工序來解決。但是應當盡可能減少其彎曲變形,對那些要求硬度較高而在矯直時容易折斷的工件,尤其如此。

        1.截面對稱的桿狀件

        所謂“截面對稱”的桿狀零件,即圓形、方形、六角形等。這類零件在冷卻時,只要工件的運動方向垂直冷卻劑,外界吸熱理應均勻,即互相對稱的兩個方向吸熱情況相同。因此,只要我們真正掌握這一點,就可以使零件淬火變形很小,當然這是說在加熱時零件沒有發生變形。

        實際上對長桿狀工件來說,真正做到外界均勻地吸熱是不容易的,嚴格說來是不可能的。因此為了盡可能地保證不產生嚴重的彎曲變形,在操作時必須注意以下幾個問題:

        (1)加熱時應垂直懸掛。

        (2)取出后在空氣中移動要慢,太快了等于迎風而動,造成一面快冷,另一面慢冷,引起變形。

        (3)自重入水、入油、入淬火介質。太快或太慢都不易保證工件的垂直方向,如斜向入水必然造成冷卻不均勻,引起彎曲變形。

        (4)最好不使用流動性強的冷卻劑。

        2.截面非對稱的桿狀件

        所謂非對稱的桿狀零件,如半圓形,梯形,有槽的零件等,其截面千奇百怪,多種多樣。這類零件當外界施以均勻的冷卻時,工件本身得到的是不均勻的冷卻。這時我們就有必要給以不均勻的冷卻。為了確定冷卻方式,應當首先了解非對稱桿狀件在熱應力及組織應力作用之下如何變形。彎曲的主要根源是熱應力或組織應力使工件發生了局部的塑性拉伸或塑性壓縮。

        在熱應力作用下,先冷部位受拉應力作用而塑性延伸,后冷部位受壓應力作用而塑性壓縮,如無此塑性變形的發生,在冷卻過程中無論怎樣凸出或凹進,最后冷卻下來,仍然會恢復原狀。

        桿狀件在不均勻冷卻下由組織應力作用而引起的變形,分兩種情況,一是先后冷卻部分都形成了馬氏體;另一種是快冷部分形成馬氏體,而慢冷部分形成了珠光體,即兩側形成了不同的組織。

        前一種,即全部淬火為馬氏體組織的情況下,也不是單純組織應力的作用,而是有熱應力混于其中。單純組織應力的作用,生產中例子很難找。但也有組織應力顯得格外突出的情況,例如:高速鋼拉刀在淬火出油(或分級鹽?。┖?,進行不停的熱矯直,溫度緩慢地降至200℃左右(即高速鋼的Ms點附近),那么以后的冷卻變形,就是由所謂“單純”的組織應力引起的。如果熱矯直量不是很大,拉刀直徑(或厚度)也不大,則它在一面快冷(如放在鐵板平臺上)時,先發生極微量的翹起(即向快冷一面凸出),而等到上部也冷下來,將發生向上拱起的現象。也就是說,在進行馬氏體轉變溫度范圍內,桿狀件的彎曲將(最終)向冷得慢的那一方凸出??梢娺@是同熱應力的作用正好相反的。

        從組織應力(這里指的是轉變為同一組織)的本質和熱應力的本質比較,它們具有相反的方向,而熱應力是因“冷縮”的不均勻性而發生,組織應力則由于“冷脹”的不均勻性而引起。因此可以說,在轉變成同一組織的情況下,組織應力所產生的變形正好和熱應力引起的變形相反。

        在轉變成不同組織時,情況就不同了。如快冷部分先形成馬氏體,慢冷部分由于冷得太慢達不到鋼的臨界冷卻速度,形成了珠光體,則桿狀零件的彎曲是向快冷一面凸出,這種情況又正好和上述情況相反,組織應力產生的變形和熱應力所產生變形相一致了。

        在實際生產中,非對稱零件不論什么鋼種,在完全淬硬的情況下,若采用水淬(包括鹽水)多數是冷卻快的一面產生凸出的變形;而油淬或硝鹽分級淬火時多數冷得快的一面產生凹入的變形。前者由于水冷速度快,熱應力顯著,后者則組織應力顯著,因而產生了方向完全相反的變形。

        非對稱零件,可依它們在淬火過程中的實際情況分析其中哪種應力是主要的,并采取措施加以抵消。淬透性不大的鋼件和低合金鋼尺寸較大的工件,一般淬透層不大時熱應力是主要的,彎曲表現為向薄的一面(冷得快的一面)凸出,主要應通過冷待(預冷)和改變入水(油)的方式來解決。冷待可以減少工件和冷卻介質之間的溫差,減少熱應力,入水時使厚的一面(冷得慢的一面)先入水或加強其冷卻,利用外界的不均勻冷卻來減少工件內的溫差。淬透性低,厚薄相差大的工件可能發生快冷一面(薄的)形成馬氏體,而厚的一面根本淬不上火,這時產生的變形和單純熱應力的情況是一致的(即向冷得快的一面凸出),這種情況也可采用將厚的一面的加強冷卻方法,來抵消薄的一面在形成馬氏體時發生伸長而導致的彎曲。

        淬透性較大的鋼件,可能完全淬透或大部淬透,對于桿狀件講,轉變成相同組織(馬氏體),其組織應力就可能成為彎曲的主要原因。這時變形表現為向厚的一面(冷得慢的一面)凸出,解決辦法可以適當提前出水、出油或采用分級、等溫處理,使其在Ms點以下慢冷。若零件不必淬透,則可適當降低淬火溫度或采用緩慢冷卻的介質。

        總之,為了避免熱應力的影響,要在高溫段的冷卻上下功夫,為避免組織應力的作用(對淬透性較大的零件),應在低溫區下功夫,使冷卻盡可能均勻一致。

        此文關鍵字:桿狀零件的熱處理

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