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热处理时开裂变形的分析

2年前 (2024-10-02)电炉技术270

热处理时开裂变形的分析:

一般来讲,钢铁热处理变形除在炉中加热时因自重产生变形(蠕变)外,其余开裂变形基本与内应力存在一定的联系。

  内应力如果进行粗略来分恒盛炉业觉得一般可分为如下几类:

  热应力、组织应力、铸、锻、机加工等靠造成的内应力

  在此主要讨论热处理过程的内应力,主要有热应力与组织应力。

  热应力主要出现在加热过程与冷却过程,而组织应力一般主要出现在淬火末期。

按热处理从淬火开始的顺序进行一些简单分析:

一、加热过程中的应力

  淬火加热过程无疑是热应力为主,在加热过程中有开裂与变形的概率,热处理中用分级加热(较详细说明,以二级预热来说明)。

1、一级 预热温度的选择

    一般来讲,热处理时用500℃-650℃做为第一级预热。其目的何在?

    机加后的工件如果是轴,则其直线度、振摆均较好。但这只是因为在机加过程中所受的加工力与工件的内力平衡而已,并非工件内不存在内应力。即机加工过程中,打破了坯料时的应力平衡,而产生了新的应力平衡。

    众所周知,一般来讲钢铁材料的屈服强度随温度的升高而降低,如果温度升高到一定的温度,工件在加热过程中的热应力与机加引起的内应力可能产生叠加,超出材料的屈服强度,致使工件产生畸变。

    设想,如果在材料的弹性极限内进行加热(弹性极限应该也随着加热温度的升高而降低),工件原存的内应力就会释放,此时会发生工件有规律的弹性变形,避免其高温加热产生的因内应力超出屈服强度引起的畸变为好。经过试验认为,大部分材料的加热的弹性范围为450℃-650℃之间,因此选用此温度范围为第一级预热。

2、二级预热温度选800℃-890℃,目的何在?

   主要是此为晶格转变积蓄能量,避免在相变时巨大的内力引发工件的畸变。所以在AC1左右进行预热是必要的,一般为提升加工效率,将预热温度提升到AC1稍高温度。

3、加热过程中应力分布分析:参阅相关资料,有非常详细的各种说明,这里不一一祥叙。

二、冷却过程的应力

   从高温冷却下来到达BS点之前,必定伴随着热应力,因此出现了多种的淬火工艺,如分级淬火、边角预淬火、边角擦油或水、预冷淬火等,其目的是围绕着热应力进行的。

   当温度到达相变点时,出现了组织应力,为减小组织应力出现了等温淬火、引上恒温处理、马氏体分级淬火等。

   为减小冷却过程中的应力,出现了上述淬火方法的组合,称为复合淬火等。

三、减小热处理变形与开裂的总则

1、均匀加热

2、均匀冷却

如此而已,至于实际当中形形色色的方法,均为达到上述目的而进行的。如:堵孔、包边及尖角、角倒圆、塞石棉、掏料等等。

四、尖锐边角是所有开裂的罪根祸首吗?

  恒盛炉业(王云)觉得内应力过大是造成工件变形与开裂的罪根祸首。

  如果大件热处理(一般在调质淬火后期或调质回火前后),其根本原因在于热应力的过大,裂纹起始于工件心部或接近于心部。有资料验证,在大件外部加开小槽进行淬火,结果裂纹并不沿着开槽处开裂。这说明,为避免大件调质开裂,采用表面光滑过渡,增大圆角等均属药不对症。此类件如果可能,加强心部的冷却是防止开裂的有效着法。当然大件有夹杂、气泡、发纹与之同在,在热前进行探伤是有必要的,也是避免开裂的工作。

五 高淬透性钢真的不能水淬吗?

  类似D2材料,如40*30*30mm的料,进行正常奥氏体化,然后水淬,认为开裂的人应该会占大多数。不过试验证明,如果冷却操作恰当,一样不会开裂。此类如10mm的小件,可以水中一直冷却到室温而不裂,皆因其均匀冷却之故。当然此类操作不建议普通操作者进行。

六 总结(参考热处理专家耿建亭意见)

   如同第三条介绍,但如果不能均匀加热与冷却怎么办?

   请仔细分析工件变形与开裂是何种应力造成,用热应力、组织应力在一定范围内是相反的原理,适当人为增加反向应力,使热应力与组织应力的叠加应力互相抵销,则变形小矣。如大和久重雄认为,不预热进行淬火,可减小变形一致,但此方法不是万能的,在有些场合会造成相反的结果。


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