材料熱處理后變形的原因及處理方法

      材料加熱、保溫、冷卻熱處理后發生變形主要是因為金屬內部的組織和結構發生改變在化學作用和機械作用下產生的，使金屬合金從而獲得改善材料機能的工藝。中頻感應爐熱處理工藝是使各種金屬材料獲得優良機能的重要手段，熱處理工藝除了具有積極的作用之外，處理過程之中也會產生不可避免的變形，而這又是機械加工中必需避免的，兩者之間屬于共存又避免的關系，只能采用相應的方法盡量把變形量控制在盡量小的范圍內。
一、溫度是變形的樞紐因素
工業上實際應用的中頻感應爐熱處理工藝形式非常多，但是它們的基本過程都是熱作用過程，都是由加熱、保溫、冷卻三個階段組成的。臺車爐的整個工藝過程都可以用加熱速度、加熱 溫度、保溫時間、冷卻速度以及熱處理周期等幾個參數來描述。在熱處理工藝中，要用到各種中頻感應爐設備，金屬熱處理便在這些設備進行（如基本熱處理中的退火、淬火、回火、化學熱處理的滲碳、滲氨、滲鋁、滲鉻或去氫、去氧等等）。因此，中頻感應爐內的溫度丈量就成為熱處理的重要工藝參數丈量。每一種熱處理工藝規范中，溫度是很重要的內容。假如溫度丈量不正確，熱處理工藝規范就得不到準確的執行，以至造成產品質量下降甚至報廢。溫度的丈量與控制是熱處理工藝的樞紐，也是影響變形的樞紐因素。
（1）工藝溫度降低后工件的高溫強度損失相對減少，塑性抗力增強。這樣工件的抗應力變形、抗淬火變形、抗高溫蠕變的綜合能力增強，變形就會減少；
（2）工藝溫度降低后工件加熱、冷卻的溫度區間減少，由此而引起的各部位溫度不一致性也會降低，由此而導致的熱應力和組織應力也相對減少，這樣變形就會減少；
（3）假如工藝溫降低、且熱處理工藝時間縮短，則工件的高溫蠕變時間減少，變形也會減少。
二、變形的其它影響因素及減小措施
（一）準備熱處理
正火硬渡過高、混晶、大量索氏體或魏氏組織都會使內孔變形增大，所以要用控溫正火或等溫退火來處理鍛件。金屬的正火、退火以及在進行淬火之前的調質，都會 對金屬終極的變形量產生一定的影響，直接影響到的是金屬組織結構上的變化。實踐證實，在正火時采用等溫淬火可有效地使金屬組織結構趨于平均，從而使其變形量減小。
（二）運用合適的冷卻方法
金屬淬火后冷卻過程對變形的影響也是很重要的一個變形原因。在中頻感應爐中熱油淬火比冷油淬火變形小，一般控制在100±20℃。油的冷卻能力對變形也是至關重要的。淬火的攪拌方式和速度均影響變形。金屬熱處理冷卻速度越快，冷卻越不平均，產生的應力越大，模具的變形也越大。可以在保證模具硬度要求的條件下，盡量采用預冷；采用分級冷卻淬火能明顯減少金屬淬火時產生的熱應力和組織應力，是減少一些外形較復雜工件變形的有效方法；對一些特別復雜或精度要求較高的工件，利用等溫淬火能明顯減少變形。
（三）零件結構
金屬經過中頻感應爐熱處理后在冷卻過程中，老是薄的部分降溫快，厚的部分降溫慢。在制定出實際出產需求的情況下，應盡量減少工件的厚薄差距，工件截面盡力做到平均，以減少溫度變化過渡區；工件應盡量保持結構與材料成分和組織的對稱性，以減少因為冷卻不均引起的畸變；工件應盡量避免尖棱角、溝槽等，在型材散熱器工件的厚薄接壤處、臺階處要有圓角過渡；盡量減少工件上的孔、槽筋結構；厚度不平均零件可采用預留加工量的方法。
（四）采用合適的裝夾方式及夾具
目的是使工件加熱冷卻平均，以減少熱應力不均，組織應力不均，來減小變形，可改變裝夾方式，盤類零件與油面垂直，軸類零件立裝，使用補償墊圈，支承墊圈，疊加墊圈等，花鍵孔零件可用滲碳心軸等。
（五）采用合適的介質
在保證同樣硬度要求的前提下，盡量采用油性介質，實驗和實踐證實，再其他前提無差異的條件下，油性介質的冷卻速度較慢，而水性介質的冷卻速度則相對快一 些。而且，和油性介質比擬，水溫變化對水性介質冷卻特性的影響較大，在同樣的熱處理前提下，油性介質相對水性介質淬火后的變形量要相對小。