热处理变形原因及其控制方法

一、热处理变形产生的原因

钢在热处理的加热、冷却过程中可能会产生变形，甚至开裂，其原因是由于淬火应力的存在。淬火应力分为组织应力和热应力两种。由于组织应力和热应力作用，使热处理后零件产生不同残留应力，可能引起变形。当应力大于材料的屈服强度时变形就会产生，因此，淬火变形还与钢的屈服强度有关，材料塑性变形抗力越大，其变形程度也就越小。

二、减少和控制热处理变形的方法

1.合理选择材料和提高硬度要求

对于形状复杂，截面尺寸相差较大而又要求变形较小的零件，应选择淬透性较好的材料，以便使用较缓和的淬火冷却介质淬火。对于薄板状精密零件，应选用双向轧制板材，使零件纤维方向对称。对零件的硬度要求，在满足使用要求前提下，尽量选择下限硬度。

2.正确设计零件

零件外形应尽量简单、均匀、结构对称，以免因冷却不均匀，使变形开裂倾向增大。尽量避免截面尺寸突然变化，减少沟槽和薄边，不要有尖锐棱角。避免较深的不通孔。长形零件避免截面呈横梯形。

3.合理安排生产路线，协调冷热加工与热处理的关系

对于形状复杂、精度要求高的零件，应在粗、精加工之间进行预先处理，如消除应力、退火等。做好毛坯预备热处理，使组织更加均匀化。

4.改进热处理工艺和操作

(1)热处理温度的控制

在满足热处理工艺要求的情况下，尽量降低淬火加热温度且缩短保温时间，这样零件的高温强度损失较少。塑性抗力增强，零件的抗应力形变、抗淬火变形的综合能力增强，从而减少了变形。

(2)选择较缓和的淬火冷却介质

采用分级淬火能显著减少金属淬火时产牛的热应力和组织应力，是减少一些形状复杂零件的有效办法。这种淬火方法由于在马氏体转变前零件各部分温度已经趋于均匀，并在缓慢冷却条件下完成马氏体转变，这样不仅减小了淬火热应力，而且显著降低组织应力，因而有效地减小或预防止零件淬火变形。

等温淬火也能显著减小零件变形，等温淬火与分级淬火的区别在于前者获得下贝氏体组织，由于下贝氏体组织的强度、硬度较高，而且韧性良好，比热容比马氏体的比热容小，组织转变时零件内外温度一致，故淬火组织应力也较小。等温淬火和分级淬火只能适用于尺寸较小的零件。

(3)正确掌握热处理操作方法

为了减小和控制热处理变形还必须正确掌握热处理操作方法。截面均匀冷却时，如细长轴类(丝锥、轴)垂直淬入，上下移动，也有垂直逐渐淬入并静止不动。截面不均匀冷却时，水平快速淬入或倾斜淬入，如厚薄不均零件，应将厚的部分先淬入。对于薄片应侧向进入，对带有孔和凹面零件，应将盲孔和凹面朝上淬入，以利于气泡排出。总之，要使零件各处冷速均匀，有些需要防护的零件做好淬火前保护。

三、已变形零件的挽救方法

尽管采取减少变形措施，但变形仍不可避免，因此进行补救是很必要的，常用的方法有冷校直和热校直。如果淬火回火后硬度低于40HRC的零件，可以采用冷校直直接用压力机校正。如果金属在淬火冷却过程中，尚未冷却到马氏体开始转变温度点以下，此时零件塑性较好，进行加压校直效果良好，校直时加力应注意缓慢。