吕 扬

(中国一重铸锻钢事业部热处理厂，黑龙江161042)

1 大型零件热处理变形的原因

1.1 加热

大型零件加热时，有残余应力存在，加热不均匀者，在加热过程中会发生变形。残余应力主要是由机械加工引起的。如存在这样的应力，即使加热均匀，钢件的屈服点也会随着温度上升而下降。因此只要有残余应力存在，加热时就会导致零件变形。

一般零件外表面的残余应力较大，因此，从零件外部进行加热时，往往在零件外表面出现变形。由残余应力引起的变形，包括弹性变形和塑性变形。通常加热的时候发生热应力和相变应力，这就成为变形的原因。加热速度越快，零件越大或零件截面变化越大，加热变形就越大。热应力是由温度分布不均和温度梯度等引起的，它起因于热膨胀不同。对塑性变形的影响与其说是材料的高温屈服点，倒不如说是热应力，热应力越高，越易引起塑性变形，并以变形的形式表现出来。

1.2 冷却不均匀

冷却不均匀，则发生热应力，这是变形的原因。即使冷却已经充分均匀，零件的外表面与心部也存在着冷却速度的差异，因此无论如何也防止不了热应力的产生，这是引起变形的原因。在淬透的情况下，在变形上又叠加相变应力(由马氏体引起的膨胀相变)，所以使变形复杂起来。若再加上组织不均匀，或有脱碳，则相变的发生温度就更不同，甚至连相变膨胀量也不同，因此相变应力被复杂化了，所以变形也成为难以预测的了。

相变应力和热应力引起变形，但并非所有的应力都消耗于变形上，其中也还有一部分应力作为残余应力残留下来，它是引起失效变形和自生裂纹的原因。

1.3 冷处理

冷处理仅能促进奥氏体向马氏体的转变，由于温度低，所以冷处理中的变形比淬火冷却时发生的机会更少，然而应力却比淬火冷却时大。由于残余应力、相应变力、热应力等的叠加，多半发生裂纹。

1.4 回火

通常是经过回火，使内应力均匀化，同时使其减轻或消除，由于还发生组织变化，所以有减少变形的倾向，然而一旦发生变形，就不那么容易矫正了。若要矫正，必须用加压回火或喷丸处理等方法。像高速工具钢和模具钢等回火硬化钢，从回火温度冷却时，发生马氏体化(二次马氏体)，这时往往发生变形和裂纹。所以，在这种情况下，必须使它从回火温度均匀而缓慢的冷却下来。

1.5 重复淬火

重复淬火之间不加退火(中间退火)时变形很大，图1为因重复淬火而发生的变形。重复淬火总变形是各次变形的叠加，最后成为球形，直到发生龟裂。由于球形是最稳定的形状，所以最后成为这种形状。因此在重复淬火时，应插入中间退火，且重复淬火次数最好不要超过两次。日本工业标准中规定淬火的重复次数是两次(把最初1次淬火算在内共3次)，就是这个原因。

1.6 残余应力

图1 因重复淬火而发生的变形Figure 1 Deformation caused by the repeated quenching

钢加热到约450℃时就从弹性体变成塑性体，此时易发生塑性变形。另一方面，加热到约高于450℃以上时，由于再结晶残余应力消失。因此只要不快速加热，即使有残余应力也不会因为加热而发生变形。但是，如果快速加热，加热到450℃以上的部分会变为塑性体，该塑性体受到内部低温部位残余应力的作用而发生变形。这些部分冷却下来后，变形就显示出来了。因为真空炉加热缓慢，所以加热变形少，然而即使在真空炉内加热的零件，如果在油中淬火，也会发生与普通电炉加热一样的淬火应变。

2 热处理变形预防措施

大型零件热处理变形的预防措施如下：

(1)在淬火前应把加工应力预先消除，其中应认真做好退火，至少要进行消除应力退火(450～600℃)。

(2)应缓慢而均匀地进行加热，对钢件最好进行预热，第一级预热采用400℃，第二级预热采用靠近临界温度以下的温度为宜。

(3)为防止由自重引起的下垂，应该在加热炉床上摆放铁板，或使用支撑件，支撑件的间隔小于等于3倍工件直径，最好采用零件悬挂起来的加热方法。

(4)应进行奥氏体等温淬火或分级淬火，或热浴淬火。

(5)应进行加压淬火或模压淬火等的模具挟持淬火。

(6)应加上反翘曲措施后再进行淬火。

(7)应在产生淬火弯曲的一侧绑上加强筋后再进行淬火。

(8)应使零件壁厚均匀，开工艺孔及可拆卸孔，或在壁薄的地方填上石棉、粘土等。

3 结束语

介绍分析了大型零件热处理变形的原因，采取有效的措施避免变形，对零件的使用寿命及精度都有着重要的意义。