日照市技師學(xué)院 （山東 276826） 劉招安

一、熱處理工藝因素的影響及防止措施

在熱處理的過(guò)程中，由于熱處理工藝控制不當(dāng)，使工件產(chǎn)生某些缺陷，如氧化、脫碳、過(guò)熱、過(guò)燒、硬度不足、變形與開(kāi)裂等。對(duì)熱處理質(zhì)量影響很大，甚至造成工件報(bào)廢。其中氧化與脫碳、變形與開(kāi)裂是最常見(jiàn)的熱處理缺陷。

1.氧化與脫碳

氧化與脫碳是工件在加熱時(shí)，由于加熱爐中介質(zhì)控制不好而出現(xiàn)的缺陷。

鋼在氧化介質(zhì)中加熱時(shí)，會(huì)發(fā)生氧化而在表面形成一層Fe2O3、Fe3O4、FeO。加熱溫度越高、保溫時(shí)間越長(zhǎng)，其氧化作用也越強(qiáng)。

鋼在某些含有O2、CO2、H2及H2O的介質(zhì)中加熱時(shí)，會(huì)使表層含碳量下降，這種現(xiàn)象稱之為“脫碳”。表層脫碳后，內(nèi)層的碳原子便向表層擴(kuò)散，使脫碳層逐漸加深。加熱時(shí)間越長(zhǎng)，脫碳層越深。

氧化與脫碳使模具零件的質(zhì)量與使用壽命大大降低。如氧化嚴(yán)重可使零件淬火達(dá)不到硬度要求。脫碳后零件表層含碳量降低，使臨界冷卻速度增大，淬火后影響表層硬度與耐磨性，還可以造成工件表面質(zhì)量差，從而降低疲勞極限等。減少或防止工件在淬火中氧化與脫碳的措施有：

（1）正確控制淬火加熱溫度及保溫時(shí)間 在保證奧氏體化的前提下，其加熱溫度要盡可能的低。保溫時(shí)間要盡可能短。

（2）采用脫氧良好的鹽浴爐加熱 如果在以空氣為介質(zhì)的電爐中加熱，應(yīng)采取保護(hù)措施，如工件表面涂上一層保護(hù)涂料或向爐內(nèi)加入適量木炭、滴入煤油等進(jìn)行保護(hù)。

（3）應(yīng)用可控氣氛爐加熱 根據(jù)工件的含碳量和加熱溫度不同，向爐內(nèi)送入可以控制的保護(hù)氣氛，使工件表面不氧化、脫碳，也不滲碳。

（4）采用真空爐加熱 它不但能防止氧化與脫碳，還能使工件凈化，提高性能。但設(shè)備復(fù)雜，應(yīng)用較少。

2.變形與開(kāi)裂

淬火中變形與開(kāi)裂主要是淬火時(shí)形成的內(nèi)應(yīng)力引起的。形成內(nèi)應(yīng)力的原因主要是熱應(yīng)力和相變應(yīng)力。熱應(yīng)力是由于工件在加熱和冷卻時(shí)內(nèi)外溫度不一致，使工件截面熱脹冷縮先后不一致造成的。相變應(yīng)力是由于加熱時(shí)獲得奧氏體和冷卻時(shí)獲得馬氏體的比體積不同，以及零件淬火時(shí)其轉(zhuǎn)變先后不一致，造成工件體積膨脹不均勻的結(jié)果。熱應(yīng)力和相變應(yīng)力是不可分割的，是淬火中同時(shí)產(chǎn)生，因而變形與開(kāi)裂是熱應(yīng)力和相變應(yīng)力復(fù)合的結(jié)果。當(dāng)這種復(fù)合應(yīng)力超過(guò)工件材料的屈服強(qiáng)度時(shí)，便產(chǎn)生變形；當(dāng)超過(guò)工件材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，便產(chǎn)生開(kāi)裂。

淬火中的內(nèi)應(yīng)力是不可避免的。為了控制和減少變形，防止開(kāi)裂，一般采取以下措施。

（1）合理的鍛造工藝 合理的鍛造工藝可使網(wǎng)狀、帶狀及大塊的碳化物，呈彌散均勻地分布，減小內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生而減小變形與開(kāi)裂。

（2）合理的預(yù)備熱處理 淬火前預(yù)備熱處理，如退火與正火等。這種方法不但可以為淬火作好組織準(zhǔn)備，而且還可以消除工件在前面加工中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，在淬火中減小變形與開(kāi)裂。

（3）合理的淬火工藝 如正確選用加熱溫度與時(shí)間，避免奧氏體晶粒粗大；對(duì)形狀復(fù)雜或?qū)嵝圆畹母吆辖痄?，?yīng)緩慢多次加熱，以減小加熱中的熱應(yīng)力。工件在爐中安放要保證受熱均勻，防止加熱時(shí)變形。選擇淬火冷卻介質(zhì)和淬火方法要合適，以減小冷卻中熱應(yīng)力和相變應(yīng)力等，對(duì)減小變形和防止開(kāi)裂有著重要的作用。

（4）淬火后及時(shí)回火 淬火后的工件如不及時(shí)回火，消除淬火應(yīng)力，對(duì)某些形狀復(fù)雜或含碳量較高的工件，在等待回火過(guò)程中就會(huì)發(fā)生變形與開(kāi)裂。因此，淬火后的工件應(yīng)及時(shí)回火。

（5）采用正確的浸入淬火冷卻介質(zhì)方式 工件浸入方式的選擇因工件形狀、尺寸不同而不同，總之，以保證工件各部位盡可能均勻冷卻為原則。如桿類工件浸入時(shí)，應(yīng)使軸向中心線與液面垂直，盤(pán)、環(huán)類工件應(yīng)使徑向中心線與液面垂直等。

二、零件結(jié)構(gòu)因素的影響及防止措施

設(shè)計(jì)模具零件時(shí)，如果只考慮結(jié)構(gòu)形狀適合機(jī)構(gòu)應(yīng)用的需要，而忽視了零件結(jié)構(gòu)的熱處理工藝性，會(huì)造成零件結(jié)構(gòu)形狀不合理而增大了淬火時(shí)變形與開(kāi)裂的傾向。一般應(yīng)遵循的原則及改善工藝性的措施如下：

（1）為防止淬火時(shí)應(yīng)力集中，應(yīng)避免零件上尖角、棱角。一般設(shè)計(jì)成圓角或倒角。

（2）厚薄懸殊的截面，在淬火過(guò)程中，由于冷卻不均勻會(huì)引起變形與開(kāi)裂。一般對(duì)該類零件要在結(jié)構(gòu)上采取措施：如開(kāi)工藝孔，合理安排孔、槽位置，在厚度大的截面切除不影響結(jié)構(gòu)的材料等，使厚度基本均勻，減小變形與開(kāi)裂。

（3）為避免應(yīng)力分布不均而產(chǎn)生變形，零件盡量采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)以減小變形。

（4）對(duì)結(jié)構(gòu)上需要制成開(kāi)口形的零件，加工時(shí)先加工成封閉結(jié)構(gòu)。淬火、回火后再切斷為開(kāi)口形狀，以減小變形。

（5）某些整體結(jié)構(gòu)的零件，可采用組合結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行淬火，則可以減小變形，防止開(kāi)裂。

（20131121）