浅谈温度对热处理工艺的影响

时间:2022-08-30 11:20:05

浅谈温度对热处理工艺的影响

摘 要:金属热处理工艺在改善材料各种性能的同时,不可避免地会产生热处理变形,并且会直接影响到工件的精度、强度、噪声和寿命,因此对于精度要求较高的零件要尽可能减小其变形量,文章在着重阐述温度是控制变形的关键因素的同时罗列了几点次要因素。

关键词:金属热处理;变形;温度

引言

金属材料的热处理,即采用适当的方式对固态金属或合金进行加热、保温和冷却处理,某些情况下还会对其施加机械作用和化学作用,金属合金内部的结构和组织在热处理的作用下发生改变,进而实现改善材料性能的目的。实际应用中,对金属工件的力学、物理和化学性能都有着特定的要求,如果通过材料的合理选择以及成形工艺的运用都无法满足要求,这时就必须采用热处理的方式从而提高材料的性能。

然而,热处理工艺在改善材料性能的同时,金属材料的变形也随之产生,不利于机械加工中精度和强度的提高,还会产生噪声,减少其使用寿命。因此,如何在采用热处理技术提高金属材料性能的同时,尽量控制其变形量是当前热处理行业亟待解决的问题。

1 温度是变形的关键因素

在工业生产中,虽然热处理工艺的形式多种多样,然而其基本过程都是热作用的过程,并且由三个阶段组成,即加热、保温和冷却。所涉及到的参数也并不复杂,加热速度、加热温度、保温时间、冷却速度以及热处理周期等几个参数就可以对其工艺过程进行详细完整的描述。顾名思义,热处理工艺是需要对材料进行加热的,这就需要加热设备,即加热炉。在加热炉中完成热处理的过程,而加热炉的温度则直接影响到热处理工艺,因此加热炉内的温度是热处理工业的一个非常重要的工艺参数,对其进行测量非常重要。温度测量的准确性也必须保证,因为只有在温度测量准确有效的前提下,才能对其进行合理控制。在热处理工业中,温度是引发变形的关键因素,只有加强温度的测量和控制,才能尽量减少变形,从而提高产品的质量,避免产品报废的现象发生。

通过降低热处理的工艺温度能有效减少由此产生的变形。降低工艺温度,能相对减少工件的高温强度,并增强其塑性抗力以及抗应力变形、抗淬火变形、抗高温蠕变的能力。降低工艺温度,还能够减少工件加热、冷却的温度区间。温度区间减少后,由热处理引起的各部位温度的一致性也会增强,而温度的不一致性正是引起工件组织应力和热应力的根本原因,随着温度不一致性减少,由此而导致的变形也会相应减少。此外,在降低工艺温度并缩短工艺时间的情况下,将缩短工件的高温蠕变时间,从而减少变形。

科学合理的热处理工艺是减小热处理变形的关键因素。由图1可以看出,在650%球化退火后的硬度梯度和740%球化+680%等温处理的硬度梯度结果相近,未经球化退火的齿轮的硬度较前两个低。这是因为球化退火可使淬火后渗层表面残留奥氏体量减少,从而提高了齿表面硬度,因此20CrNi2MoA钢齿圈渗碳后应采用球化退火工艺,同时为减小热处理变形,在650℃球化退火效果更好。

2 变形的其他影响因素及减小措施

2.1 预备热处理

在热处理过程中,有可能引起内孔的变形增大,如存在混晶、大量索氏体或魏氏组织以及过高的正火温度。因此需要对正火温度进行控制,也可以采用等温退火的方式来对锻件进行处理。金属最终的变形量与很多因素有关,如淬火前进行的调质处理以及退火和正火。金属产生变形进而导致金属组织结构也发生变化。研究和实践表明,为使金属组织结构均匀,在进行正火处理时采用等温淬火是一种有效的减小其变形量的措施。

2.2 运用合理的冷却方法

金属淬火后冷却过程的控制也是必须考虑的一个因素。淬火后采用油进行冷却,因此其变形直接受到油的冷却能力的影响。通常来说,热油淬火产生的变形小于冷油淬火,一般控制在100+20%。同时,变形还受到淬火的搅拌方式和速度的影响。在进行金属热处理时,金属产生的应力及模具的变形与冷却的速度和冷却的均匀程度有关。过快的冷却速度和不均匀冷却都会导致应力及模具变形的增大。因此,应尽量采用预冷,不过需要注意的是应保证模具的硬度要求。为减少热应力和组织应力,可以选用分级冷却淬火,这种方式对形状复杂的工件十分有效,能显著减少其变形。采用等温淬火的方式,则适用于十分复杂并且有较高精度要求的工件,能使金属变形显著减少。

2.3 零件结构要合理

改善零件的结构是减少热处理变形的关键环节。经过热处理后的工件,其厚度不同的部分冷却的速度也是不同的。因此,在满足工件使用性能的前提下,应使工件的厚度差别不能过大,尽量使零件的截面均匀,减少由应力集中导致的过渡区的畸变和开裂现象。保持结构与材料成分和组织的对称性,避免尖锐棱角、沟槽等。此外,采用预留加工量的方式也是减少厚度不均匀零件变形的有效方式之一。

2.4 采用合理的装夹方式及夹具

通过采用合理的装夹方式和夹具,能够使工件获得均匀的加热和冷却,从而减少热应力以及组织应力的不均,有效减小热处理导致的工件变形。

2.5 机械加工

工件的加工通常需要经过很多道工序,如果热处理加工是最后的工序,则应控制其畸变的允许值,使之满足图样规定的工件尺寸。依据上道工序的加工尺寸来对畸变量加以确定,因此掌握畸变规律尤为重要,为使热处理导致的畸变处于合格的范围,在进行热处理前应对尺寸进行预修正。如果热处理是中间的工序,机加工余量和热处理畸变量之和即为热处理前的加工余量。导致热处理变形的因素多而复杂,因此相较于机械加工余量来说,热处理的加工余量不易确定,在实际加工中应留出足够的加工余量用于机械加工。

2.6 采用合适的介质

在热处理的过程中,介质的选择也十分重要,应选择有利于减小变形量的介质。研究和实验表明,硬度要求相同的情况下,采用油性介质是更好的选择。不同介质具有不同的冷却速度,在其他条件相同的情况下,同油性介质相比较,水性介质的冷却速度较快。此外,水温的变化也会对介质的冷却性能造成影响,其变化对油性介质冷却特性产生的影响较小。热处理条件相同的情况下,水性介质淬火后会产生相对较大的变形量。

3 结束语

热处理能改善工件的机械性能,提高工件的强度和硬度,但引起的变形影响是不可避免的。我们要重视我国现阶段的热处理技术和装备的改进,不断学习国外先进的技术,提高热处理工件质量及合格率,为我国的热处理行业做出贡献。

参考文献

[1]刘晔东.热处理变形浅析[J].机械工人:热加工,2007(10).

[2]雷声.齿轮热处理变形的控制[J].机械工程师,2008(5).

[3]魏强,刘晓清.热处理淬火变形的控制[J].汽车工艺与材料,2008(7).

上一篇:通信网络结构在现代物业企业信息化建设中的应... 下一篇:后危机时代我国银行系统性风险研究