机械男——热处理之淬火变形问题及改善措施

在咱们聊到的淬火问题上，得知道，淬火时出的问题，多半是因为热应力和组织应力搞的鬼。简单来说，就是淬火冷却的时候，如果还没到组织变化的阶段（就是MS点以下），那只有热应力在作怪。这时候温度高，材料软，所以即使有点变形，也能自己调整回来，抵消掉一些内应力。但是，一旦开始组织变化了，那零件就得同时面对热应力和组织应力的双重打击，这时候应力的分布就复杂多了，一不小心就容易出毛病，所以这个阶段是淬火最危险的时候。

说到淬火变形，咱们有些经验可以借鉴。当然了，后面咱们还会讲到晶格理论，那时候就可以用计算的方法来更精确地预测了。

1. 像轴这样的实心棒状工件，如果整个加热淬火，那些细长的就容易变成马氏体，所以它们倾向于变长；而那些短粗的则倾向于变短。

2. 对于盘形或者筒形的工件，如果内孔变化，厚壁的倾向于变小；薄壁的则倾向于变大。如果马氏体形成得多，或者内外冷却速度差别大，那变化就更明显了。

3. 内孔键槽在淬火时，一旦硬化了，槽口通常会收缩；外圆花键则相反，会变大。

4. 如果淬火变形是伸长，那么在回火的时候可以恢复一些，而且回火温度越高，恢复得就越多。但如果是收缩，那回火的时候就不容易复原了。

5. 水淬比油淬产生的应力要大。碳含量高的钢材比碳含量低的更容易产生应力，所以用水淬火时，更容易出现裂纹和变形。高碳钢比中低碳钢更容易淬裂和变形。

6. 淬火后，如果淬不透，那么变形主要是热应力引起的；如果淬透了，那变形主要是组织应力引起的。

内应力是避免不了的，但咱们可以通过一些工艺措施来控制和减少变形，防止淬裂。

1. 锻造和预备热处理要做得对。比如，钢件内部如果有晶粒粗大、碳化物分布不均等问题，这些都可能让变形和淬裂更容易发生，所以咱们可以通过锻造或者预备热处理来预防或者消除这些问题。

2. 热处理工艺要选得合理。比如，加热温度和时间要选对，避免晶粒粗大或者第二相的出现；加热时要放稳，受热要均匀，防止加热的时候就变形了；还可以用分级淬火、等温淬火等工艺。

3. 冷却方法要选得对。冷却的时候，内应力会很大，所以这个环节一定要控制好。在保证冷却速度足够的前提下，尽量用温和一点的淬火剂，或者用预冷工艺，减少工件内外温差，控制变形。如果条件允许，还可以用加压淬火，让加压产生的压应力抵消一部分组织应力，减少变形。

4. 根据工件的形状，要正确掌握工件浸入淬火剂的方式。比如，厚薄不一的工件，厚的一端先浸入；细长工件或者薄片零件，要垂直液面浸入；薄壁件和环形件，要以轴线垂直液面浸入；有凹面或者盲孔的，要让孔朝上浸入，避免气体排不出来，造成局部淬不硬。下图为示意图：

5. 用堵孔和绑孔的方法让各部分冷却速度尽量均匀。对于非工作孔，可以用石棉、火泥堵塞，减少淬火应力；截面变化大的地方，也可以用铁丝或者石棉、火泥绑扎，减少淬火应力。

对于那些不可避免的变形，很多零件在淬火后或者淬火过程中，可以用冷校、热校、热点等方法来校直。

除了变形和裂纹，淬火缺陷还可能包括软点或者硬度不足，这通常是因为加热温度或者时间不够，淬火冷却速度太慢，局部表面被气膜包围，或者表面氧化脱碳等原因造成的。咱们可以通过正确掌握热处理操作规范，选择合适的淬火剂，以及防止脱碳等措施来解决这些问题。

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