第3章熱處理變形(biMxing)

工件的熱處理變形，主要是由于熱處理應(yīng)力造成的。工件的結(jié)構(gòu)形狀、原材料質(zhì)量、熱處理前

的加工狀態(tài)、工件的自重以及工件在爐中加熱和冷卻時(shí)的支承或夾持(jidchi)不當(dāng)?shù)纫蛩匾材芤?/p>

起變形。

凡是牽涉到加熱和冷卻的熱處理過程，都可能造成工件的變形。但是，淬火變形對(duì)熱處理質(zhì)量

的影響最大。因?yàn)榇慊疬^程中，組織的比體積變化大、加熱溫度高，冷卻速度快，柢淬火變形最

為嚴(yán)重。此外，淬火工藝通常安排在工件生產(chǎn)流程的后期，嚴(yán)重的淬火變形往往很難通過最后的

精加工加以修正，結(jié)果使工件因形狀尺寸超差而報(bào)廢，造成先前各道工序的人力物力的損失；即

使對(duì)淬火變形的工件能夠進(jìn)行校正和機(jī)加工修整，也會(huì)因而增加生產(chǎn)成本。工件熱處理后不穩(wěn)定

組織和不穩(wěn)定的應(yīng)力狀態(tài)，在常溫和零下溫度，長(zhǎng)時(shí)間放置或使用過程中，逐漸發(fā)生轉(zhuǎn)變(zhu

anbian)而趨于穩(wěn)定，也會(huì)伴隨引起工件的變形，這種變形稱為時(shí)效變形。時(shí)效變形雖然不大，但

是對(duì)于精密零件和標(biāo)準(zhǔn)量具也是不允許的，實(shí)際生產(chǎn)中必須予以防止。工件的熱處理變形是熱處

理常見的主要缺陷之一。如何減小或控制熱處理變形是熱處理工作者的一項(xiàng)重要任務(wù)。

工件的熱處理變形分為尺寸變化(體積變形)和形狀畸變兩種形式。造成這兩種形式的變形原

因有所不同，尺寸變形歸因于相變前后比體積差引起的工件的體積改變，形狀畸變則是由于熱處

理過程中，在各種復(fù)雜應(yīng)力綜合作用下，不均勻的塑性變形造成的。這兩種形式的變形很少單獨(dú)存

在，但是對(duì)某一具體工件和熱處理工藝，可能以一種形式的變形為主。

i工件熱處理的尺寸變化

不同的組織具有不同的體積.常見絹織的比體積如表3-1所示C

表3-1鋼中各組織的比體積

組織wc(%)室溫下的比體積/(cm3。g-

1)

奧氏體0~20.1212+0.0033?)

馬氏體0-20.1271+0.0025(C%)

鐵索體0-0.020.1271

滲碳體6.7±0.20.130±0.001

8■碳化物8.5+0.70.140±0.002

石墨1000.451

0-2O.1271+O.OOO5(C%)

鐵素體+滲碳體

0-20.1277+0.()()15(C%-

低碳馬氏體+8-碳化物

0-20.25)

鐵素體+8.碳化物

0.1271+0.0015(C%)

工件在熱處理加熱和冷卻過程中，由于相變引起的體積差造成的體積變形，可以用膨脹曲線說

明，如圖3—I所示。對(duì)于原始(yuanshi)組織為珠光體的鋼樣，在Ai溫度以下(yixii)加熱，隨著

溫度的升高鋼樣受熱膨脹在A］和小溫度之間，鋼發(fā)生相變由珠光體轉(zhuǎn)變(zhudnbiM)為奧氏體

因而發(fā)生收縮。溫度高于A3全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體后，隨溫度升高，鋼樣繼續(xù)膨脹，但其膨脹速率和

相變前不同，這是由于相變前后組織不同，熱膨脹系數(shù)不同的緣故。冷卻時(shí)情況則反之。即鋼樣

隨溫貨的降低而收縮，當(dāng)發(fā)生了丫一。轉(zhuǎn)變時(shí)，由于比體積增大而膨脹，相變結(jié)束后，隨著溫度

降低而再度收縮。若將鋼樣加熱到奧氏體化后.快速冷卻淬火得到馬氏體時(shí)，由于馬氏體比體積大

于珠光體，則淬火后鋼樣的體積或尺寸將會(huì)增大，如圖3-la所示；若緩慢冷卻得到馬氏體和貝氏

體，將發(fā)生較小的尺寸變化或體積變形(見圖3-lb)：若冷卻后的組織與加熱前的原始組織相同，

鋼樣不發(fā)生體積變形(見圖3-lc)：把淬火馬氏體重新加熱至馬氏體分解溫度.鋼樣則產(chǎn)生收縮.

如圖3-ld所示。

工件在熱處理過程中的體積變形可以根據(jù)各相的比體積和各相的相對(duì)量進(jìn)行估窠對(duì)于碳的

質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.05%的碳素工具鋼，經(jīng)79CTC加熱水淬，得到馬氏體、殘余奧氏體和未溶碳化物的

混合組織時(shí)，產(chǎn)生的體積變形為

坐二煩一牌*偵1.68%+直x(462+2」1叫J

%100100

-0.067(p

*I-O.OIQ

式中6人、7—?dú)堄鄪W氏體和碳化物的體積(tiji)分?jǐn)?shù)；wM

一馬氏體(殘余(canyu)奧氏體)的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；

ws一鋼的平均(pingjun)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

2

假?zèng)]4)A=h%,4>c=2.5%,代入上式，則得到體積變化為+1.07%。若工件在每個(gè)方向上都以相

同的比例變形，則尺寸變化為+0.35%。

碳綱組織轉(zhuǎn)變時(shí)產(chǎn)生的體積變形或尺寸變化見表3?2。表中碳含量系指基體組織中的實(shí)際碳的質(zhì)

量百分?jǐn)?shù)。

原始組織：球光體冷卻

后如1如；馬氏體眺氐作氐

//

A/

/

,以度

b>

珠光推

溫度

d)

圖3-1鋼樣在加熱和冷卻時(shí)的膨脹曲線

a)快速冷卻b)中速冷卻c)慢速冷卻d)回火慢冷

淬火成馬氏體的鋼在回火過程中，發(fā)生復(fù)雜的組織變化，表3-2碳鋼組織轉(zhuǎn)變引起的尺寸變化

組織轉(zhuǎn)變體積變化(％)尺寸變化(％)

3

球狀珠光體奧氏體—4.64+2.21(Wc)—0.0155+0.0074(Wc)

奧氏體一馬氏體4.64—0.53(Wc)().0155+0.()018(Wc)

球狀珠光體一馬氏體1.68(Wc)0.0056(Wc)

奧氏體一下貝氏體4.64—1.43(Wc)0.0156—0.0048(Wc)

球狀珠光體下貝氏體0.78(Wc)0.0026(Wc)

奧氏體一鐵素體+滲碳體4.64—2.21(Wc)0.0155—0.0074(Wc)

球狀珠光體-鐵索體+滲碳00

體

因而其體積變形(bianxing)隨回火溫度和時(shí)間而異。碳鋼在100~200汽溫區(qū)內(nèi)印Mi)回火，馬氏體

分解析出e碳化物或n碳化物等中間(zhongjian)碳化物體積發(fā)生收縮在200s300c溫區(qū)內(nèi)回火，

中、高碳鋼的殘余奧氏體發(fā)生分解，形成碳化物和鐵素體，導(dǎo)致體積膨脹；回火溫度高于300C,中

間碳化物逐漸被滲碳體所取代，體積再度縮小?；鼗饻囟壤^續(xù)升高，滲碳體發(fā)生粗化和球化，在

400C左右，鐵素體開始發(fā)生回復(fù)和再結(jié)晶，其體積不再發(fā)生變化。圖3-2為碳鋼的回火轉(zhuǎn)變及尺寸

變化示意圖。

碳鋼的上述回火轉(zhuǎn)變溫度及尺寸變化隨鋼的碳含量和加入合金元素而改變。

同火溫度”匚

C100￡003004曹唧叫。

L_______I---------------1----------------''

<—>收婿

牛一{>費(fèi)脹

《=!》收?

圖3￡碳麗的同火溫度勺尺，I■哩化

2工件熱處理的形狀畸變

工件熱處理的形狀畸變有多種原因。加熱過程中殘余應(yīng)力的釋放，淬火時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力、組織

應(yīng)力以及工件自重都會(huì)使工件發(fā)生不均勻的塑性變形而造成形狀畸變。

工件細(xì)長(zhǎng)，爐底不平，工件在爐中呈搭橋狀態(tài)放置時(shí)，當(dāng)加熱至奧氏體化溫度下保溫過程中，

常因自重產(chǎn)生蠕變畸變，這種畸變與熱處理應(yīng)力無關(guān)。工件在熱處理前由于各種原因可能存在內(nèi)應(yīng)

力，例如，細(xì)氏零件經(jīng)過校直，大進(jìn)給量切削加工，以及預(yù)先熱處理操作不當(dāng)?shù)纫蛩兀紩?huì)在工件

中形成殘余應(yīng)力。熱處理加熱過程中，由于鋼的屈服強(qiáng)度隨溫度的升高而降低，當(dāng)工件中某些部位

的殘余應(yīng)力達(dá)到其屈服強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)引起工件的不均勻塑性變形而造成形狀畸變和殘余應(yīng)力的松

4

弛。

加熱時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力，受鋼的化學(xué)成分、加熱的速度、工件的大小和形狀的影響很大。導(dǎo)熱

性差的高合金鋼，加熱速度過快，工件尺寸(chicun)大、形狀復(fù)雜、各部分厚薄不均勻，會(huì)致使

工件各部分的熱膨脹程度不同而形成很大的熱應(yīng)力，導(dǎo)致工件不均勻塑性變形，從而產(chǎn)生形狀畸

變。

與工件加熱時(shí)的情況相比，工件冷卻時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力對(duì)工件的變形影響更大。熱應(yīng)

力引起的變形主要發(fā)生在熱應(yīng)力產(chǎn)生的初期，這是因?yàn)槔鋮s初期工件內(nèi)部仍處于高溫狀態(tài)，塑性

好，在瞬時(shí)(shhnshi)熱應(yīng)力作用下，心部因受多向壓縮易發(fā)生屈服而產(chǎn)生塑性變形。冷卻后期，

隨工件溫度的降低，鋼的屈服強(qiáng)度升高，相對(duì)來說塑性變形變得更加困難，冷卻至室溫后，冷卻初

期的天均勻塑性變形得以保持下來造成工件的變形。

3熱處理變形的一-般(yibdn)規(guī)律

3.1淬火變形的趨勢(shì)

高度大于直徑的圓柱體狀工件淬火冷卻時(shí)，在馬氏體點(diǎn)Ms以上時(shí)，變形主要由熱應(yīng)力所引

起，隨冷卻時(shí)間的不同，其變形過程如圖3-3所示。門表示冷卻剛開始，心表溫差尚小，形成的

瞬時(shí)熱應(yīng)力尚未達(dá)到鋼在該溫度下的屈服強(qiáng)度?！?表示隨著冷卻的繼續(xù)進(jìn)行，心表溫差的增大，

瞬時(shí)熱應(yīng)力伸不斷增大，由于表面溫度比心部溫度低，表面材料的屈服強(qiáng)度比心部高，當(dāng)表面瞬

時(shí)拉伸熱應(yīng)力尚未達(dá)到材料的屈服強(qiáng)度時(shí)，心部的瞬時(shí)壓縮熱應(yīng)力已經(jīng)達(dá)到材料的屈服點(diǎn)使心部

開始發(fā)生壓縮塑性變形。J表示隨著熱應(yīng)力的增大，心部的塑性變形量也隨之增大。『4表示冷卻

后期，塑性變形結(jié)束，殘余熱應(yīng)力形成。由于心部在瞬時(shí)熱應(yīng)力作用下，產(chǎn)生了壓縮變形，結(jié)果

使得圓柱體高度縮短，直徑變粗，由于圓柱體中部比兩端冷卻慢，其心部塑性更好，壓縮變形更

大，最終造成腰鼓狀變形。直徑大于厚度的圓盤件，則厚度增大，直徑縮小。

用同樣的分析方法可以說明，在Ms點(diǎn)以下，由于瞬時(shí)組織應(yīng)力的作用，工件變形的趨勢(shì)是沿

最大尺寸方向伸長(zhǎng)，沿最小尺寸方向收縮，表面內(nèi)凹，棱角變尖，對(duì)于長(zhǎng)度大于直徑的圓柱體工

件，具體表現(xiàn)為心部被拉長(zhǎng)，直徑變細(xì).長(zhǎng)度增加。實(shí)際生產(chǎn)中，淬火冷卻時(shí)既有瞬時(shí)熱應(yīng)力，也

有瞬時(shí)組織應(yīng)力，由于它們引起的變形相反，工件最終的變形，是兩種應(yīng)力引起的變形的疊力0。

帶有孔或型腔的工件的變形情況要復(fù)雜些。對(duì)于壁厚小于高度的帶圓孔的工件，分析其淬火變形規(guī)

律時(shí)，可以設(shè)想把工件沿縱向剖開分解成若干個(gè)單元體，每個(gè)單元體可近似地看成一個(gè)小圓柱體，

在瞬時(shí)熱應(yīng)力作用下，每個(gè)小單元體都發(fā)生高度減小，直徑增大的變形。其結(jié)果是由這些小單元體

組成的孔型工件，必然是內(nèi)孔收縮，外徑增大。用同樣的方法可以說明在瞬時(shí)組織應(yīng)力作用下，工

件內(nèi)孔脹大，外徑收縮。一些簡(jiǎn)單工件的變形趨勢(shì)如表3-3所示。

5

把工件沿縱向剖開分解成若十個(gè)單元體，每個(gè)單元體可近似地看成一個(gè)小圓柱體，在瞬時(shí)熱應(yīng)力

作用(zudydng)T,每個(gè)小單元體都發(fā)生高度減小，直徑增大的變形。其結(jié)果是由這些小單元體組

成的孔型工件，必然是內(nèi)孔收縮，外徑增大。用同樣的方法可以說明在瞬時(shí)組織應(yīng)力作用下，

1.?I

瞬時(shí)熱立為尚未達(dá)到

材粹耐司眼強(qiáng)度

瞬時(shí)熟麻力已達(dá)到

材物的閽服強(qiáng)度.

心部壓縮變形汗宿

心部大量您性變畛

姓應(yīng)力引起

的變形

國(guó)3-3圈柱體I：件熱應(yīng)力引起的變形過程示意揭心表溫度隨冷加時(shí)間的變疣〃瞬時(shí)都應(yīng)力與材料的屈服

強(qiáng)電蔣十一拉伸屈服強(qiáng)度：相一壓縮屈服強(qiáng)度)

Z工件的爆終變形

工件內(nèi)孔脹大，外徑(waijmg)A縮。一些簡(jiǎn)單工件的變形趨勢(shì)如表3-3所示。

3.2影響熱處理變形(biinxing)的因素

工件在熱處理過程中體積和形狀的改變，是由于鋼中組織轉(zhuǎn)變時(shí)的比體積變化所引起的體積膨

脹，以及熱處理應(yīng)力引起的塑性變形所造成。因此，熱處理應(yīng)力愈大，相變愈不均勻，則變形愈大，

反之則小。為減小變形，必須力求減小淬火應(yīng)力和提高鋼的屈服強(qiáng)度。顯然，凡是影響鋼的屈服

強(qiáng)度和熱處理內(nèi)應(yīng)力的因素都將影響工件的熱處理變形。這些因素包括鋼的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、

熱處理工藝參數(shù)、冷卻的激烈程度和方式、工件熱處理前的應(yīng)力狀態(tài)以及工件的形狀尺寸等。

3.2.1化學(xué)成分對(duì)熱處理變形(biAnxing)的影響

6

鋼的化學(xué)成分通過(tonggud)影響鋼的屈服強(qiáng)度、Ms點(diǎn)、淬透性、組織(zuzhl)的比體積和殘余奧

氏體量等影響工件的熱處理變形。

鋼的碳含量直接影響熱處理后所獲得的各種組織的比體積。圖3-4為室溫下不同組織的比體積

與碳含量間的關(guān)系。圖3-5為碳鋼的碳含量與Ms點(diǎn)和殘余奧氏體量之間的關(guān)系。隨著鋼的碳含

量的增加，馬氏體的體積增大，Ms點(diǎn)降低，殘余奧氏體量增多。淬透性增大，屈服強(qiáng)度升高。淬

透性和馬氏體比體積的增大，增大了淬火的組織應(yīng)力和熱處理變形；而殘余奧氏體量的增多和屈

衰33一些簡(jiǎn)單形狀工件的變形趨勢(shì)

圓(方)孔舄體

類別腐平體正方旅

涼始狀態(tài)

□若向球

尺

刀

涉□

形

甄

寸中

變

作

饑

鹿

表

用

平面內(nèi)凹,慢角突出

體

積效A

用變

作■ft□00

尺寸

及

化4+?乙+或廿,兒匕F</'.￡-

服強(qiáng)度的升高，減小了比體積變化，導(dǎo)

0.122

0.12]

0.1201.21.61.8

棣的平均質(zhì)屆分教

圖3-4不同組織(zuzhl)的比體積與碳含量的關(guān)系

7

樣的變形為中部直徑縮小，端部直徑增大，長(zhǎng)度增大。當(dāng)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)一步增加到0.8%以上

時(shí).由于Ms點(diǎn)的降低，殘余契氏體量的增加，其變形又呈長(zhǎng)度縮短。直徑增大的熱應(yīng)力型變形。

并且由于高碳鋼屈服強(qiáng)度的升高，其變形量要小于中碳鋼c對(duì)碳素鋼來說，在大多數(shù)情況下，以

T7A鋼的變形量為最小。當(dāng)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于().7%時(shí)，多趨向于縮小；但碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

小于0.7%時(shí)'內(nèi)徑、外徑(wdijing)都趨向于膨脹。

H.4J-------S…D

o0a0260.8LQHIML"W整”

a)

圖3-5璘含最與點(diǎn)和殘泉鼬氏缽辱之間的.關(guān)系

表3-4碳含量對(duì)淬火時(shí)體積變fUbianhua)量的影響

(試樣(shiyAng)尺寸：025mmx100mm)

表A4礁含量對(duì)淬火時(shí)體積孌化豪的影響

(試伴尺寸*"25mmXlOOnm)

直格變化”

悴火混度尸

高度的變化(晃)

期號(hào)

C中問姓兩墻姓

$-10一成06+0.&7—0.U

SSI4X水+0.38-±02+(L21

T10TSOL4T本-0-U5+0.皿4-0.i?

合金元素對(duì)工件熱處理變形的影響(yingxiang)主要反映在對(duì)鋼的Ms點(diǎn)和淬透性的影響上。大多

數(shù)合金(hejin)元素，例如，編、格、硅、鐐、鉗、硼等，使鋼的Ms點(diǎn)下降，殘余奧氏體量增多，減

小了鋼淬火時(shí)的比體積變化和組織應(yīng)力。因此，減小了工件的淬火變形。合金元素提高了鋼的屈服

強(qiáng)度，也有利于減小熱處理變形。但是，合金元素顯著提高鋼的淬透性，從而增大了鋼的體積變形

和組織應(yīng)力，導(dǎo)致工件熱處理變形傾向的增大。此外，由于合金元素提高鋼的淬透性，使臨界淬火

冷卻速度降低，實(shí)際生產(chǎn)中，可以采用緩和的淬火介質(zhì)淬火，從而降低了熱應(yīng)力，減小了工件的熱

處理變形。一般來說，在完全淬透的情況下，由于碳素鋼的Ms點(diǎn)高于合金鋼的Ms點(diǎn)，其馬氏體

相變?cè)谳^高溫度下開始。由于鋼在較高溫度下具有較好的塑性，加之碳素

8

鋼本身屈服強(qiáng)度相對(duì)較低，因而帶有內(nèi)孔（或型腔）類的碳素鋼件，變形較大，內(nèi)孔（或型腔）趨

于脹大。合金鋼由于強(qiáng)度較高，Ms點(diǎn)較低，殘余奧氏體埴較多，故淬火變形較小，并主要表現(xiàn)為

熱應(yīng)力型的變形，其鋼件內(nèi)孔（或型腔）趨于縮小。因此，在與中碳鋼同樣條件下淬火時(shí)，高碳

鋼和高合金鋼工件往往以內(nèi)孔收縮為主。在常用的合金元素中，硅對(duì)Ms點(diǎn)的影響不大，只對(duì)試樣

變形起縮小作用；車烏和伽對(duì)淬透性和Ms點(diǎn)影響也不大，對(duì)工件熱處理變形影響較小。故工業(yè)上

所謂的微變形鋼，均含有較多量的硅、車烏、伽等合金元素。

3.2.2原始組織和應(yīng)力狀態(tài)對(duì)熱處理變形的影響

工件淬火前的原始組織，例如，碳化物的形態(tài)、大小、數(shù)量及分布，合金元素的偏析，鍛造和

軋制形成的纖維方向都對(duì)工件的熱處理變形有一定影響。球狀珠光體比片狀珠光體比體積大，強(qiáng)

度高，所以經(jīng)過預(yù)先球化處理的工件淬火變形相對(duì)要小。對(duì)于一些高碳合金工具鋼，例如，

9Mn2V、CrWMn和GCH5鋼的球化等級(jí)對(duì)其熱處理變形開裂和淬火后變形的校正有很大影響，

通常以2.5~5級(jí)的球化組織為宣。調(diào)質(zhì)處理不僅使工件變形量的絕對(duì)值減小，并使二件的淬火變

形更有規(guī)律，從而有利于對(duì)變形的捽制。

條狀碳化物分布對(duì)工件（gongjian）的熱處理變形有很大影響。淬火后平行于碳化物條帶方向

（fangxiang）X件膨脹，與碳化物條帶相垂直（chuizhi）的方向則收縮，碳化物顆粒愈粗大，條帶

方向的膨脹愈大。對(duì)于Crl2類型鋼和高速鋼等萊氏體鋼來說，碳化物的形態(tài)和分布對(duì)淬火變形的

影響尤為顯著。由于碳化物的熱膨脹系數(shù)小，約為基體的70%因而在加熱時(shí)，沿條帶狀分布的碳化

物方向上，膨脹較小的碳化物抵制了基體的伸長(zhǎng)，而冷卻時(shí)，收縮較小的碳化物又會(huì)阻礙基體的收

縮。由于奧氏體化加熱溫度較緩慢，碳化物對(duì)基體膨脹的抑制作用較弱，故條帶狀分布的碳化物對(duì)

工件淬火加熱變形的方向性影響較??；但在淬火冷卻時(shí)，由于冷卻速度快，碳化物對(duì)

基體收縮的抑制作用增大，所以淬火后沿碳化物條帶方向呈現(xiàn)較大的伸長(zhǎng)。

7舶U跋倒CBSOC

水陣

1513-6低酸鋼的肝維

方向性勺尺寸變化率

J一if火南材漢韌W-正火鋼材橫向

3一退而神材.貌句4J退&郭材棣的

經(jīng)過軋制和鍛造的材料，沿不同的纖維方向表現(xiàn)出不同的熱處理變形行為。圖3—6為碳的質(zhì)

量分?jǐn)?shù)0.13%的碳素鋼試樣沿纖維方向（縱向）和垂直于纖維方向（橫向）水淬后的尺寸變化

9

率。纖維

10

方向不明顯的正火態(tài)試樣沿縱、橫方向的尺寸變化差別較??；而退火態(tài)試樣，有明顯帶狀組織存

在時(shí)，沿纖維方向和垂直于纖維方向的尺寸變化則顯著不同。圖3—7為經(jīng)不同鍛造比鍛造的

CH2型鋼材，沿不同方向取樣淬火處理后，測(cè)定的尺寸變化率隨鍛造比的變化。結(jié)果表明，鍛造

比較大，纖維方向明顯時(shí)，沿纖維方向的縱向試樣尺寸變化率大于垂直于纖維方向的橫向試樣的

尺寸變化率。

過共析鋼存在網(wǎng)狀碳化物時(shí)，在網(wǎng)狀碳化物附近，碳和合金元素大量富集，在離網(wǎng)狀碳化物較

三

E

遠(yuǎn)的部位，碳和合金元素較低，結(jié)果增大了淬火組織應(yīng)力，使淬火變形增大甚至開裂。因此，過

共析綱的網(wǎng)狀碳化物必須通過(tonggub)恰當(dāng)?shù)念A(yù)先熱處理予以消除。

?3-7Crl.2的iR遣比與R度

變化率的關(guān)系

＜認(rèn)寸：XlOQmm?

Iv.w/荷M5D*C泣M-1?橫向—，儕

■3-mwizn.1?)?；＜!?

另外，鋼錠的宏觀偏析常造成鋼材橫截面上的方形偏析，這種偏析往往造成圓盤狀零件的不均

勻淬火變形?？傊?zongzhi),工件的原始組織愈均勻，熱處理變形愈小，變形愈有規(guī)律，愈易于控

制。

淬火前工件本身的應(yīng)力狀態(tài)對(duì)變形有重要影響。特別是形狀復(fù)雜，經(jīng)過大進(jìn)給量切削(qiexia。)

加工的工件，其殘余應(yīng)力若未經(jīng)消除，對(duì)淬火變形有很大影響傾向。W18Cr4V鋼制造的錐柄鉆

頭，尺寸為①50mmx350mm,淬火前未進(jìn)行消除內(nèi)應(yīng)力退火時(shí)，淬火變形達(dá)0.70~0.75mm，淬火前

經(jīng)550-60(TCx2h去應(yīng)力退火處理，其淬火后變形降低到0.15~0.25m例如消除應(yīng)力處理對(duì)滲

氮鐲桿變形的影響，鐲桿尺寸為①75mmxl930mm,一組鐲桿進(jìn)行兩次消除應(yīng)力處理，即第一次消

除應(yīng)力后進(jìn)行精加工，然后再進(jìn)行第二次消除應(yīng)力處理；另一組鐲桿切削加工后只進(jìn)行一次消除

應(yīng)力處理，然后將兩組鐲桿滲氮，分別測(cè)量500mm長(zhǎng)度內(nèi)的變形量，結(jié)果如表3-5所示。

表35消除應(yīng)力處理對(duì)握桿滲如變形的影響

*14成力I：

序號(hào)冷卻叫

力次數(shù)

設(shè)備中間尾部

■1Jmm

143-4

1

土0-05

2卜砌40~柯43-4

Z

1鹽浴爐62040-5053T1n.<K0.13

1匚牡浴爐0.0710-11

豚；JUs<J.0g

37|

3.2.3工件兒何形狀對(duì)熱處理變形(bianxing)的影響

幾何形狀復(fù)雜，截面形狀不對(duì)稱的工件，例如(ITni)帶有鍵槽的軸，鍵槽拉刀、塔形工件等

(圖

3-8),

淬火冷卻時(shí)，一個(gè)面散熱快，冷卻速度大；另一面散熱慢，冷卻速度小，也就是說截面形狀

圖3?8裁面形狀不對(duì)林的匚件

不對(duì)稱(duichE)的工件淬火冷卻是一種不均勻的冷卻。這種不均勻淬火冷卻對(duì)變形的影響可以用

一個(gè)形狀簡(jiǎn)單的長(zhǎng)板形工件橫向入油淬火為例加以說明，加圖3—9所示。假設(shè)一板狀工件因淬火

操作不當(dāng)橫向入油淬火，如圖3—9a所示，由于平板下表面先入油，故下表面比上表面冷卻快，

其上卜.表面及心部溫度隨冷卻時(shí)間的變化如圖3s9b所示，圖3s9c則為不同冷卻時(shí)刻截面溫度

的分布。-1表示冷卻開始時(shí)，上下表面都比心部冷卻快。溫度比心部低，但是心表溫差引起的瞬

時(shí)熱應(yīng)力尚未達(dá)到材料的屈服強(qiáng)度，見圖3—9d；隨著冷卻繼續(xù)進(jìn)行，溫度的降低.瞬時(shí)熱應(yīng)力和

材料的屈服強(qiáng)度都在升高，但由于下表面冷卻快，其屈服強(qiáng)度高于上表面的屈服強(qiáng)度。于『2時(shí)

刻，心部和上表面的瞬時(shí)熱應(yīng)力達(dá)到材料的屈服強(qiáng)度時(shí)，上表面在拉應(yīng)力作用下伸長(zhǎng)，心部在壓

應(yīng)力作用下被壓縮，結(jié)果使板向上拱，即冷卻快的下表面成為凹面，如圖3—9c所示。進(jìn)一步冷

卻至「3和「4時(shí)刻時(shí)，隨著心部溫度的降低和收縮，熱應(yīng)力減小并發(fā)生應(yīng)力反向，但由于材料的

屈服圍度升高，熱應(yīng)力不再引起塑性變形，即熱應(yīng)力造成的變形是使工件向冷卻饅的一面凸起。

冷卻到MS點(diǎn)以下發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)，其應(yīng)力與變形恰恰和反，瞬時(shí)組織內(nèi)應(yīng)力使冷卻快的下表

面成為凸面，平板向上彎，如圖3—91所示。冷卻終了的變形，是這兩種變形疊加的結(jié)果。如果

13

在Ms點(diǎn)以上的不均勻冷卻引起的變形占優(yōu)勢(shì)，則冷卻快的一面是凹面，若在Ms點(diǎn)以下的不均勻

冷卻引起的變形占優(yōu)勢(shì)，則冷卻快的一面為凸面，工件向冷卻慢的一面彎曲。表3-6為形狀不對(duì)

稱的Crl2MoV鋼制零件實(shí)測(cè)的熱處理變形情況。淬火加熱溫度為1020。。等溫溫度為220~250℃,

等溫后空冷。結(jié)果表明，Ms點(diǎn)以下的不均勻冷卻引起的變形起主導(dǎo)作用。增加等溫時(shí)

間，媽加貝氏體轉(zhuǎn)變量，使殘余奧氏體更加穩(wěn)定，減小空冷中的馬氏體轉(zhuǎn)變量，可使工件的變形量

顯著減小。

表3-

C一銅制不對(duì)稱工件德處理變形情況

序等濕時(shí)間尚

號(hào)由等湄招取出后的寺曲/mm，冷卻集r時(shí)的宅曲變形廣mm

10簇刃面凹生().5篇研面凸*].5

22薄刃面凹

*0.3蒲刃面凸條。.5

3180

?。棵嫱?。.此

一.」1

/k41li-h____L

分析工件受不均勻冷卻的變形時(shí)，準(zhǔn)確判斷哪一個(gè)面冷卻快是很重要的，否則會(huì)得出相反的結(jié)

論。實(shí)踐表明(biaommg),工件形狀愈不對(duì)稱，或冷卻的不均勻性愈大，淬火后的變形也愈明顯。

3.2.41：藝參數(shù)(canshu)對(duì)熱處理變形的影響

無論是常規(guī)熱處理還是特殊熱處理，都可能產(chǎn)生熱處理變形，分析熱處理工藝參數(shù)對(duì)熱處理變形

的影響時(shí)，最重要的是分析加熱過程和冷卻過程的影響。加熱過程的主要參數(shù)是加熱的均勻性、

加熱溫度(wendu)和加熱速度；冷卻過程的主要參數(shù)是冷卻的均勻性和冷卻速度。不均勻冷卻對(duì)淬

火變形的影響與工件截面形狀不對(duì)稱造成的不均勻冷卻情況相同.本節(jié)主要討論其他工藝參數(shù)的

影響C

映

1ft耳

地S

聞—

W0

石

聚

一

K年m

我

歲

J蝎

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gE屈

一

登

S誨

琬

一

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\

l

I

/

/

￡

1.不均勻加熱引起(yinqi)的變形

加熱速度過快、加熱環(huán)境的溫度不均勻和加熱操作不當(dāng)均能引起工件的不均勻加熱。加熱的不

均勻?qū)?xì)長(zhǎng)工件或薄片件的變形(biAnxing)影響十分顯著。這里說的不均勻加熱并不是指工件表面

和心部在加熱過程中不可避免的溫度基而是特指由于種種原因工件各部分存在溫度梯度的情況

現(xiàn)以圖3—1()為例說明(shuOming)不均勻加熱對(duì)工件變形的影響。假定一板狀工件分為A和B

兩部分，其長(zhǎng)度為L(zhǎng)。。在不均勻加熱情況下，若A部分溫度較高，B部分溫度較低，則由于A部

分的熱膨脹大于B部分的熱膨脹，導(dǎo)致A部分受壓應(yīng)力，B部分受拉應(yīng)力。在未發(fā)生相變的較低

溫度下，若上述熱應(yīng)力未達(dá)到該溫度下材料的屈服強(qiáng)度時(shí)，工件只發(fā)生彈性變形，溫度下降到室溫

后，T件恢復(fù)到原長(zhǎng)度，如佟|3-10a所示.隨著溫度的升高.特別在500。。以卜.鋼的屈服強(qiáng)度大

幅度下降，在未發(fā)生相變的情況下，當(dāng)溫度較高的A部分內(nèi)應(yīng)力達(dá)到其屈服強(qiáng)度而發(fā)生壓縮塑性

變形時(shí)，溫度較低的B部分的拉應(yīng)力低于其屈服強(qiáng)度仍然只發(fā)生彈性變形，冷卻至室溫時(shí)，該工

件不能恢復(fù)到原長(zhǎng)度L。和原來的形狀，若板薄而細(xì)長(zhǎng)，加熱呈較厚時(shí);將發(fā)生兩端上翹的彎曲變

形，見圖3-10b：若板很厚加熱層很薄時(shí)，則易產(chǎn)生表面龜裂。當(dāng)A部分的溫度超過相變溫度

發(fā)生珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變時(shí)，伴隨發(fā)生的體積收縮將與熱膨脹互相抵消，結(jié)果使A、B兩部分的

膨脹差減小，變形量減小。

15

b)

圖3-10不均勻(junyun)加熱時(shí)工件的變形示意圖

a)內(nèi)應(yīng)力只引起(yinqi)彈性變形b)內(nèi)應(yīng)力引起(yinqi)不均勻塑性變形

為了減小不均勻加熱引起的變形對(duì)于形狀復(fù)雜或?qū)嵝暂^差的高合金鋼工件，應(yīng)當(dāng)緩慢加熱或

采用預(yù)熱。但是應(yīng)當(dāng)指出，雖然快速加熱能導(dǎo)致長(zhǎng)軸類工件和薄片狀板件變形度的增加；然而，

對(duì)于體積變形為主的工件，快速加熱往往又能起到減小變形的作用。這是因?yàn)楫?dāng)只有工件的工作

部位需要淬火強(qiáng)化時(shí)，快速加熱可使工件心部保持在溫度較低強(qiáng)度較高的狀態(tài)下，工作部分即能

達(dá)到淬火溫度。這樣弼度較高的心部就能阻止工件淬火冷卻后產(chǎn)牛較大變形。另外，快速加熱可

以采用較高的加熱溫度和較短的加熱保溫時(shí)間，從而可以減輕由于在高溫階段長(zhǎng)時(shí)間停留因工件

自重產(chǎn)生的變形?？焖偌訜醿H使工件表層和局部區(qū)域達(dá)到相變溫度，相應(yīng)地減小了淬火后的體積

變化效應(yīng)，這也有利于減小淬火變形。

2.加熱溫度對(duì)變形的影響

淬火加熱溫度通過改變淬火冷卻時(shí)的溫差，改變淬透性、Ms點(diǎn)和殘余奧氏體的數(shù)量而對(duì)淬火變

形發(fā)生影響。提高淬火加熱溫度增加了殘余奧氏體量，使Ms點(diǎn)降低，組織應(yīng)力引起的變形減小，

使套類工件的孔腔趨于縮??；但另一方面，淬火加熱溫度的提高增加了淬透性.增大了淬火冷卻時(shí)

的溫差，提高了熱應(yīng)力，有使內(nèi)孔脹大的傾向。實(shí)踐證明，對(duì)于低碳鋼制工件，若正常加熱溫度

淬火后內(nèi)孔收縮，提高淬火加熱溫度收縮的更大，為了減小收縮，要降低淬火加熱溫度；對(duì)于中

碳合金鋼制的工件，若正常加熱溫度淬火后內(nèi)孔脹大，則提高淬火加熱溫度脹的更大，為了減小

孔腔的脹大，也需降低淬火加熱溫度。對(duì)于Crl2型高合金模具鋼，提高淬火加熱溫度，使殘余奧

氏體量增多，孔腔趨于縮小。

3.淬火冷卻速度對(duì)變形(bianxing)的影響

一般來說，淬火冷卻愈激烈，工件內(nèi)外和不同(butong)部位(截面尺寸不同(bhtong)的部位)溫差愈

大，產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力愈大，導(dǎo)致熱處理變形增大。圖3-11為熱模具鋼制試樣經(jīng)不同冷卻速度淬火回

火的變形情況。三種介質(zhì)的冷卻速度以油冷最快，熱浴冷卻次之，空冷最慢。工件經(jīng)三種不同冷

速淬火后，其長(zhǎng)度和寬度的變形皆傾向于收縮，變形量差別不大；但在厚度方向向上冷速慢的空

冷淬火和熱浴淬火引起的變形則小得多，其變形脹大小于0.05%,而油淬發(fā)生收縮變形，其最大變

形量達(dá)0.28%左右。然而，當(dāng)冷卻速度的改變使工件的相變發(fā)生變化時(shí)，冷卻速度的增大卻并不

一定會(huì)引起變形的增大，有時(shí)反而會(huì)使變形減小。例如，當(dāng)?shù)吞己辖痄摯慊鸷笥捎谛牟亢写罅?/p>

鐵素體而發(fā)生收縮時(shí)，增大淬火冷卻速度心部得到更多的貝氏體可以有效的減小收縮變形。相反，

若工件淬火后因心部獲得馬氏體而脹大時(shí)，減小冷卻速度從而減小心部的馬氏體相對(duì)量又能使脹

大減小。淬火冷卻速度對(duì)淬火變形的影響是一個(gè)復(fù)雜的問題。但原則是在保證要求的組織和性能

的前提下，應(yīng)盡量減小淬火冷卻速度。

3.2.5時(shí)效與冷處理對(duì)熱處理變形的影響

時(shí)于精密零件和測(cè)量工具，為了在長(zhǎng)期使用過程中，保持精度和尺寸穩(wěn)定，往往需要進(jìn)行冷處理

和回火，以便使其組織更加穩(wěn)定，因此，了解回火工藝和冷處理對(duì)工件在時(shí)效過程中的變形規(guī)律，

對(duì)于提高這類工件的熱處理質(zhì)量有重要意義。冷處理使殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體導(dǎo)致體積膨脹；

低溫回火和時(shí)效一方面促使8—碳化物析出和馬氏體分解使體積收縮，另一方面引起一定程度的

應(yīng)力松弛導(dǎo)致工件產(chǎn)生形狀崎變。鋼的化學(xué)成分、回火溫度和時(shí)效溫度是影響時(shí)效過程中工件變

形的主耍因素。

圖3-12是回火溫度對(duì)碳素工具鋼室溫時(shí)效變形的影響。表3-7為150℃回火、冷處理和低溫回

火+冷處理復(fù)合處理對(duì)碳素工具鋼室溫時(shí)效變形的影響可以看出，經(jīng)上述工藝處理的碳素工具鋼

在時(shí)效過程中，均表現(xiàn)為體積收縮。冷處理使大量的殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，導(dǎo)致隨后時(shí)效過

程中，由于馬氏體分解而產(chǎn)生較大的體積變形。150c回火，由

17

空冷

1002003(X)4()C5(M)7OQ

回火溫度"C

C)

圖3-11津火冷卻方法和熱處理變?cè)碌年P(guān)系

(試驗(yàn)用鋼的化學(xué)成分U面最分?jǐn)?shù))，

C0.40A5.Cr5,15%,Mo1.4D%,V0.；活區(qū))

于8s碳化物的析出和馬氏體的分解以及殘余奧氏體因熱陳化而趨于穩(wěn)定，因而室溫時(shí)效時(shí)，組

織(ztizhi)基本上不發(fā)生變化，相應(yīng)的變形很小，2()()OC回火(huihuo),使組織更加穩(wěn)定，室溫時(shí)效

幾乎不發(fā)生變形。Cr2鋼和CrWMn類低合金工具鋼的試驗(yàn)結(jié)果得到(d6dio)了相同的結(jié)論。

18

密3T2回火溫偵對(duì)WI鋼（碳舄工具.鋼）室溫時(shí)效變形的彩頃.

表3-7回火（huihub）和冷處理對(duì)W1鋼（碳素工具鋼）

室溫（shiwen）時(shí)效變形的影響（785OC加熱（jiare）,淬水）

處理溫度/C硬度20C時(shí)效長(zhǎng)度的變化小L/L

(HRC)1周1個(gè)月3個(gè)月1年3年

—66—0.9--1.75—2.65—4.05—

150650.03--0.06--0.08—0.12

—8667—1.10—2.05—3.10—4.80—

66.5

—196—190—?40T50—S75—

65.5

150一%—nnd—nns—nin—nu—

65.5

15()—19665.5—0.06—0.10—0.14—0.17—

150,--86,15065.5—0.05—0.08—0.10—0.14—

150,--196,—0.05—0.08—0.11—0.16—

150

3.3化學(xué)熱處理工件的變形

化學(xué)熱處理工件的表面和心部成分和組織不同，具有不司的比體積和不同的奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲

線。因此，其熱處理變形的特點(diǎn)和規(guī)律不同于一般工件。化學(xué)熱處理的目的是為了強(qiáng)化零件的表

面或改善工件表面的物理性能和化學(xué)性能，例如，提高工件的表面硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度，改善

工件表面的抗氧化性、耐腐蝕性等?；瘜W(xué)熱處理層深有限，為了發(fā)揮滲層的有利作用，工件經(jīng)

過化學(xué)熱處理后。只允許進(jìn)行加工余量不大的磨削加工或不再進(jìn)行機(jī)械加工，相對(duì)于一般工件，

化學(xué)熱處理工件的變形校正工作更難以進(jìn)行，因此，化學(xué)熱處理工件的變形要求比較嚴(yán)格，研究

和掌握化學(xué)熱處理工件的變形規(guī)律和預(yù)防方法是熱處理實(shí)踐中的重要內(nèi)容。

鋼鐵材料的化學(xué)熱處理可以分為兩類：一類在高溫奧氏體狀態(tài)下進(jìn)行，熱處理過程:guocheng）中

有相變發(fā)生，工件變形較大，最常用的高溫化學(xué)熱處理工藝是滲碳；另一類在低溫鐵素體狀態(tài)下

19

進(jìn)行，熱處理過程中除因滲入元素進(jìn)入滲層形成新相外，不發(fā)生相變，工件變形較小，滲氮是最

常用的低溫化學(xué)熱處理工藝。

3.3.1滲碳（shMlan）工件的變形

滲碳工件通常用低碳鋼和低碳合金鋼制造，其原始組織為鐵素體和少量珠光體，根據(jù)工件的服役

要求，工件經(jīng)過滲碳后需要進(jìn)行直接淬火、緩冷重新加熱淬火或二次淬火。滲碳工件在滲碳后緩

冷和滲碳淬火過程中由于組織應(yīng)力和熱應(yīng)力的作用而發(fā)生變形，其變形的大小和變形規(guī)律取決于

滲碳釧的化學(xué)成分、滲碳層深度、工件的幾何形狀和尺寸（chicun）以及滲碳和滲碳后的熱處理

工藝參數(shù)等因素。

工件按其長(zhǎng)度、寬度、高度（厚度）的相對(duì)尺寸可以分為細(xì)長(zhǎng)件、平面件和立方體件。細(xì)長(zhǎng)件的

長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于其橫截面尺寸，平面件的長(zhǎng)度和寬度遠(yuǎn)大于其高度（厚度），立方體件三個(gè)方向的尺寸

相差不大。最大熱處理內(nèi)應(yīng)力一般總是產(chǎn)生在最大尺寸方向上。若將該方向稱為主導(dǎo)應(yīng)力方向，則

低碳鋼和低碳合金鋼制造的工件，滲碳后緩冷或空冷心部形成鐵素體和珠光體時(shí)，一般沿主導(dǎo)應(yīng)

力方向表現(xiàn)為收縮變形，收縮變形率約為0.08%~0.14%鋼的合金元素含量增加、工件的截面尺寸

減小時(shí)，變形率也隨之減小，甚至出現(xiàn)脹大變形。圖3?13a為20鋼制造的量規(guī)，經(jīng)過氣體滲碳后

（滲碳層深度1.0mm）,長(zhǎng)度方向收縮0.26mm；圖3—13b為20CrMo鋼制造的輔具，經(jīng)過920

?940°C固體滲碳緩冷后（滲碳層深度約1.0mm）,孔距252mm收縮變形量為0.12~0.14mm。

截面厚度差別較大形狀不對(duì)稱的細(xì)長(zhǎng)桿件，滲碳空冷后易產(chǎn)生彎曲變形。彎曲變形的方向取決

于材料。低碳鋼滲碳工件冷卻快的薄截面一側(cè)多為凹面；而12CrN3A、18CrMnTi等合金元素較高

的低碳合金鋼滲碳工件，冷卻快的薄截面一側(cè)往往為凸面。圖3-14為滲碳的導(dǎo)磨鑲條，用15鋼制

造，經(jīng)過滲碳空冷后，工件向冷卻快的兩條薄筋面一側(cè)彎曲，用12CrNi3A鋼制造時(shí)，則向相反一

側(cè)彎曲。

20

圖3-1段遣碳T件3-H注碳導(dǎo)忱

s量規(guī)b)輔具.磨床辯簽

低碳鋼和低碳合金鋼制造的工件(gOngjiin)經(jīng)過920-940℃溫度下滲碳后，滲碳層碳的質(zhì)量

(zhi.iang)分?jǐn)?shù)增力口至0.6%-1.0%,滲碳層的高碳奧氏體在空冷或緩冷時(shí)要過冷至Ar以下(yixia)

溫度(60(TC左右)才開始向珠光體轉(zhuǎn)變，而心部的低碳奧氏體在900。€：左右即開始析出鐵素體，剩

余的奧氏體過冷至Ar溫度以下也發(fā)生共析分解變成珠光體。從滲碳溫度過冷至Ar溫度，共析成

11

分的滲碳層未發(fā)生相變，高碳奧氏體只隨著溫度的降低發(fā)生熱收縮，與此同時(shí)，心部低碳奧氏體

卻因鐵素體的析出比體積增大而發(fā)生膨脹，結(jié)果心部受壓縮應(yīng)力，滲碳層則受拉伸應(yīng)力。由于心

部發(fā)生Y?a轉(zhuǎn)變時(shí)，相變應(yīng)力的作用使其屈服強(qiáng)度降低，導(dǎo)致心部發(fā)生壓縮塑性變形。低碳合金

鋼強(qiáng)度較高，相同條件下心部的壓縮塑性變形量較小。

形狀不對(duì)稱的滲碳工件空冷時(shí)，冷卻快的一側(cè)樊氏體線長(zhǎng)度收縮量大于冷卻慢的一側(cè)，因而產(chǎn)生

彎曲應(yīng)力，當(dāng)彎曲內(nèi)應(yīng)力大于冷卻慢的一側(cè)的屈服強(qiáng)度時(shí)，則工件向冷卻快的一側(cè)彎曲。對(duì)于合金

元素含量較高的低碳合金鋼，滲碳后表層具有高碳合金鋼的成分，空冷時(shí)冷卻快的一側(cè)發(fā)生相變，

形成硬度較高、組織比體積較大的新相，而另一側(cè)因冷卻較慢形成的新相硬度較低，故出現(xiàn)相反的

彎曲變形。

滲碳工件的淬火變形規(guī)律可以用相同的方法分析。滲碳件的淬火溫度通常為800s82CTC淬火時(shí)

滲碳層的高碳奧氏體從淬火溫度冷卻至Ms點(diǎn)溫度區(qū)間內(nèi)將發(fā)生明顯的熱收縮；而同E寸心部低碳奧

氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體和珠光體、低碳貝氏體或低碳馬氏體。不論轉(zhuǎn)變?yōu)楹畏N組織，心部都因組織比體

積的增大而發(fā)生體積膨脹，結(jié)果在滲碳層與心部產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力。一般來說，未淬透的情況下，

由于心部的相變產(chǎn)物為屈服強(qiáng)度較低的鐵素體和珠光體，因而心部在滲碳層熱收縮的壓縮應(yīng)力作

用下，沿主導(dǎo)應(yīng)力方向產(chǎn)生收縮變形；當(dāng)心部的相變產(chǎn)物為強(qiáng)度較高的低碳貝氏體和低碳馬氏體

時(shí)。表層高碳奧氏體則在心部脹應(yīng)力作用下產(chǎn)生塑性變形，結(jié)果沿主導(dǎo)應(yīng)力方向而脹大。

隨著(sufzhe)滲碳鋼碳含量和合金元素含量的增加，滲碳件淬火后心部硬度升高主導(dǎo)應(yīng)力方向脹

大傾向增大。圖3-15為滲碳工件主導(dǎo)應(yīng)力方向(fdngxi油g)的變形率隨心部硬度的變化曲線。當(dāng)

21

心部硬度為28?32HRC時(shí)，滲碳工件的淬火變形很小。隨著心部硬度的升高(shenggao),脹大變形傾

向增大。很明顯，提高淬火加熱溫度，選用劇烈的淬火冷卻介質(zhì)，提高滲碳鋼的淬透性等凡導(dǎo)致滲

碳工件心部硬度升高的因素，都會(huì)增大滲碳工件沿主導(dǎo)應(yīng)力方向的脹大傾向。

W.SCHKC)

慢3-35滲毆T件淬火后心部硬度

和變形率的關(guān)系

殷漢奇研究了2()CrMnTi鋼和2()CrM。鋼制造的七種花鍵孔齒輪經(jīng)過碳氮共滲淬火回火后的變形

規(guī)律，發(fā)現(xiàn)花鍵孔產(chǎn)生了收縮變形，收縮的大小與心部硬度和鋼的碳含量有關(guān)，碳含量偏下限的收

縮變形量較小，心部硬度超過40HRC時(shí),

變形量顯著增大，如圖3—16所示。

2)

LO

°

七的化惚孔街輪?8

8()測(cè)微結(jié)果I

材料,20CrMnTi/4

20CrMo/

圖3-場(chǎng)心部硬度時(shí)花惚孔變形成的豁耐

222法氟T伸(ocncriiKD)的物效

滲氮能夠有效地提高工件表面的硬度(yingdu)和抗疲勞性，并能在一定程度上改善其耐蝕性。

滲氮溫度較低，約為510-560°C,鋼鐵材料在滲氮過程中，基體金屬不發(fā)生相變，因此，滲氮工件

變形較小。滲氮一般是熱處理的最后一道工序，工件在滲氮之后，除了(chd1c)高精度的工件還

要進(jìn)行研磨加工外，一般不再進(jìn)行其他機(jī)械加工，因此，滲氮被廣泛用來處理要求硬度高而變形

小的精密零件。盡管如此，滲氮工件仍會(huì)產(chǎn)生變形。由于氮原子的滲入，使?jié)B氮層的比體積增大，

因此，滲氮工件最常見的變形是工件表面產(chǎn)生膨脹，由于表面滲氮層的脹大受到心部的阻礙，表

層受到壓應(yīng)力，心部受拉應(yīng)力作用。內(nèi)應(yīng)力的大小受零件截面大小、滲氮鋼的屈服強(qiáng)度、滲氮層氮

濃度及滲氮層深度等因素的影響。當(dāng)工件截面尺寸較小，截面形狀不對(duì)稱、爐溫和滲氮不均勻時(shí)，

滲氮工件也會(huì)產(chǎn)生尺寸變化或彎曲與翹曲變形等形狀畸變。

軸類零件經(jīng)過滲氮后其變形規(guī)律是外徑脹大，長(zhǎng)度伸長(zhǎng)。徑向脹大量通常隨工件宜徑的增大而

增大，但最大脹大量不超過0.055mm。長(zhǎng)度伸長(zhǎng)量一般大于徑向脹大量，其絕對(duì)值隨軸的長(zhǎng)度增

加而塢大，但并不隨軸的長(zhǎng)度變化而成比例的變化。滲氮的套類工件的變形取決于壁厚，壁厚薄

時(shí)，內(nèi)外徑都趨向于脹大，隨著壁厚的增大，脹大量減小，壁厚足夠大時(shí)，內(nèi)徑有縮小的趨勢(shì)。圖

3—17為38CrMoAI鋼制造的套筒在525。C滲氮72h后內(nèi)徑和外徑的尺寸變化與壁厚的關(guān)系?？?/p>

以看出，壁厚小于20mm，內(nèi)外徑都脹大,壁厚大于20mm，內(nèi)徑縮小。