热处理时开裂变形的分析

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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