板状零件的热处理变形分析

来源:金属热处理300问作者:马伯龙

    这类零件在淬火时易产生“盆形”和挠曲。产生此种变形的原因在于零件各部位温度和冷却速度的不同,无论热应力和组织应力都会引起“盆形”变形,而且很难利用它们之间的方向不同来消除“盆形”。

    板状零件消除挠曲的主要方法是匀热匀冷。加热时力求各部位温度一致,尤其注意中部温度要和边缘一致,如用盐炉加热,要很快人盐(最好使用“自重”速度),不使先后入盐部位产生大的温差;用箱式炉时要注意在加热时尽可能保持边和中心同样的加热速度和两面加热均匀。加热速度不匀可能导致出炉时“盆形”产生。在此情况下,应在冷却剂前进行矫正。入淬火剂也要快,最好使用“自重”速度淬火(垂直落入)。薄件最好不使用钳子而采用吊挂法。大而薄的板状件可用淬火压床,在钢的Ms点附近即从冷却剂取出,放在压床上矫正冷却(这时最好采用碱、硝盐、热油的分级淬火)。

    这种零件淬火后,回火时用夹板夹紧回火是必要的,一方面可继续矫正淬火变形,另外防止在回火过程中发生翘曲。冶金厂中生产淬火回火的钢板及机械厂生产的大型锯片,一般皆采用淬火和回火压床或压紧装置。

    例如,像图8-33所示的锯片铣刀,其材料为W18Cr4V,规格:直径Φ230mm×4mm。技术要求:63~66HRC;平面弯曲不大于0.15mm。处理前经反复锻造成饼状再行锯开,碳化物不均匀度不大于5级。

 

锯片铣刀及热处理工艺示意图

 

    8-33    锯片铣刀及热处理工艺示意图

    热处理工艺:

    (1)在淬火前,先做600~650℃消除应力处理,保温4~6h

    (2)淬火回火:锯片铣刀淬火回火工艺如图8-34所示。

 

铣刀在回火中用夹具压紧示意图

 

    8-34    铣刀在回火中用夹具压紧示意图

    回火三次工艺说明:锯片铣刀热处理主要问题是平面弯曲,难以达到技术要求,这里热应力对弯曲变形起了很大的影响,为此工艺中采取了如下措施:

    (1)消除处理以前的加工应力,有利于减少淬火弯曲变形。采用多次预热和多次分级冷却的方法,降低热应力。特别在800℃左右的短时分级(20s左右)对减少冷却时刀具内外温差和降低热应力起了很大作用。

    (2)采用较低的淬火温度,以增加淬火钢的强度有利于减少变形。

    (3)回火中用夹具压紧。回火前先按弯曲方向一致重叠,用压板压紧,回火后趁热再行加压,如图8-34所示。

    (4)操作应平稳,用“T”形架垂直悬挂加热和冷却。

    采用上述工艺后,对于减少变形有显著效果,绝大多数能达到技术要求,少数不合格者,可以用反击法矫直进行弥补。

    总之此类零件大量生产时必须注意设法在热处理过程中进行机械矫正,单靠热处理工艺的改进是较难避免挠曲的。