淬火介质在零件变形中的作用

霜月

生产中的热处理变形是个令人头痛的系统问题，涉及设计、材料、锻造、预先热处理、机加工和最终的热处理过程，解决起来非常困难，没有根治办法，生产过程中的任一环节发生改变都可能使已稳定的变形情况发生变化，而变形最终都在冷却过程中才表现出来，那么淬火介质在零件变形中的作用究竟有多大？

横笛吹雨

1、淬火介质冷速的影响：冷速越快，组织应力和热应力越大，工件变形可能性也就越大。
2、淬火介质使用温度的影响：温度越低，热应力越大，工件变形可能性也就越大。
      只是定性分析和推测。

amn727

单就淬火油而言在使用温度一定时，在高温区最高冷速过低变形反而更大，所谓旧油改造主要就是通过调整添加剂达到调节冷却速度的目的

霜月

张克俭博士把引起变形的主要原因归结为冷却速度不足和冷却不均，并提出了提高冷却速度并设法实现均匀冷却的解决原则方法，他认为这样就可解决大部分齿轮的淬火变形问题。

amn727

上周做过一次工艺试验，由于我们的355油已连续使用10多年未换齿轮变形明显增大，因此借朋友的新爱协林炉与新355油直接淬火螺伞被动齿轮，工艺完全一样，结果，同炉的20GMT变形有相当明显的好转而8620的变形却基本无变化。百思不解呀，
新油冷速快，20GMT见效了，8620为什么无作用？两种齿轮摸数相同外形大体相当都在一家锻打正火，淬火后8620的DC要深0.2mm.分别是0.97与0.77。

trainman

原帖由 WJFU66 于 2008-7-12 16:11 发表
1、淬火介质冷速的影响：冷速越快，组织应力和热应力越大，工件变形可能性也就越大。
2、淬火介质使用温度的影响：温度越低，热应力越大，工件变形可能性也就越大。
      只是定性分析和推测。 ...

那可不一定,有时候是冷得快变形就小,关键看组织应力和热应力

横笛吹雨

1、没看过张博士的文章，那么他所说的冷却均匀指什么呢？是否指淬火介质本身的冷速足以使工件内外同时降温，从而消除内外温差造成的各种应力兵进一步减小变形？如果是指这种均匀的话，那的确可以减小变形，但这好像只是一种理想状态，不知张博士的研究成果在淬火介质上落实到了什么程度？
2、我觉得张博士追求快冷减小变形是以取得均匀冷却效果为目的的，而目前使用的淬火介质显然离这一要求相距太远。在现有条件下，冷速越大的淬火介质淬火越激烈，造成的热处理应力（热应力和组织应力）也就越大，从而变形可能性也就越大。

横笛吹雨

那可能是形状简单的小件吧？或许因为小而实现了张博士所说的均匀冷却，但这就不是淬火介质本身的功劳了吧
      说实话，单独分析淬火介质对变形的影响不那么容易，因为影响变形的因素太多，诸如工件的大小、形状、材料、原始组织状态、淬火油的冷速、温度、搅拌、工件的入液方式、在介质中的时间长短等等都会影响到变形。这么多因素都要排除才能单独说淬火介质的影响呢。

霜月

确实张博士追求快冷减小变形是以取得均匀冷却效果为目的，冷速提高会造成零件热应力和组织应力增大，从而使变形量增大，但因冷却均匀，变形量是均匀的，其散布界小，可以采用热前预先修正来解决。

霜月

我想变形的关键是热应力和组织应力的均匀分布。

有一手

原帖由 霜月 于 2008-7-15 23:50 发表
我想变形的关键是热应力和组织应力的均匀分布。

           让热处理应力均匀分布在热处理生产实践中太理想化了.产品的变形正如楼主所说:是一个系统的问题.它贯穿于从产品的设计到最后交库的每一个环节.即使有最完美的热处理工艺组合如中间环节出了问题最终工件从淬火介质中取出也会有变形,这不能怪罪淬火介质.所以说介质在零件变形中所起的作用就是让人们在工作中去发现生产过程中的问题包括介质本身.

霜月

确实不能因为淬火冷却过程是形成工件涨缩、产生热应力和组织应力，是诱发工件产生变形的主要阶段而仅仅关注淬火介质对变形的影响。

ylj_323

楼上讨论的很精彩,俺也来参与参与.首先从材料的说起,每一种材料都有一个热胀系数,而且每一种的系数都不同.在加热时候是要考虑的．零件尺寸说，每一种零件长短，厚薄不一时其冷却都不一样．所产生的组织应力也不一样，众所周知，零件的热处理变形主要是两种，一是外作用力，二是组织变化所产生的应力．张老师也说过，只要平衡组织应力的变化，则可以控制零件的变形，这话没有错．可是现实生产中很难控制恰当．冷却介质说，每一中淬火介质都它的特性．而每一种产品都有它的冷却线形，因此针对不同产品不同材料制订其恰当的工艺．冷却介质影响变形只占３０％；设计说，一个零件需要做热处理，那么在做设计时应当考虑此零件复杂与否．是否在应力比较集中的地方加工几个工艺孔防止零件的变形．
此乃一家只言，若有错误处请纠正．呵呵.....

motion_0576

1 之所以建议改标题，主要是淬火过程和搅拌往往是同步进行的，变形是二者共同作用的结果（仅仅指淬火介质的影响）。放在一起便于讨论。
2 建议大家紧扣主题（淬火介质+搅拌）讨论，不要笼统的讲出从“材料→锻打→正火→机加工→去应力→加热速度.......”等环节的影响因素，否则就太乱了。
3 我对“淬火介质+搅拌”也即“淬火过程中冷速对变形”的影响做一个个人体会总结：
3.1 淬火介质+搅拌对淬火过程影响在实际生产过程中要考虑材料淬透性的问题，讨论的基础是首先保证热处理后工件内在质量合格的基础上的畸变减小。不争论极端情况下的特例问题，以齿轮（钢）和淬火油（介质）为例说明。
3.2 淬火介质高温冷速越快（包括特征温度越高、最大冷速越快）仅是一个必要条件，加上低温冷速慢这个充分条件，是淬火介质影响畸变的关键因素。（注意这里冷速包括了搅拌）
这些结论都是建立在形状简单（Ex.台阶轴）工件上的试验结论，推广到复杂工件上就可能出现极端情况（受到工件形状的影响）。楼上许多人谈到北京华立精细张克剑博士的结论我认为就是建立在形状简单工件和较大截面低淬透性工件上的结论，是完全正确的。我在实际工作中采用了他的许多结论，尤其是解决问题的思路。
3.2 有许多小模数齿轮和带内花键齿轮实际生产中就是特例，需要渗碳后淬火时延时几秒到几十秒搅拌，才能待到满意的变形结果。说白了就是需要淬到油槽里几十秒钟才开始搅拌才能解决畸变问题，表面上看违背了冷却理论，但又必须这样做。而实际上并没有违背冷却的基本规律，而仅仅是实验室理论研究都是建立在单工件上，而实际生产中都是大料盘装很多工件，形状对冷却产生了较大影响。有点复杂工件的分级淬火吧。
3.3 谈到短时“静油淬火”是设备厂家和油品厂家极力反对的事情，前者担心设备安全问题，后者担心油品早期老化问题。他们都不同意加这样的功能，但我想说的是不要听他们“忽悠”，要有自己的主见，但不能蛮干。我们公司从2002年开始所有设备供应商提供的淬火冷却装置上必须有控制油搅拌变频电机延时启动的时间继电器（0-60S），不用时调到0即可短路到设备原样。（我们现在共有13条推盘线、4条2-1-1多用炉线、2台井式炉专用油槽全部有这种功能，都是订合同时就逼着厂家加的）解决变形效果非常明显，理论上自己分析吧。（我打字太慢了）

横笛吹雨

1、您的意思好像是：淬火介质高温冷速越快低温冷速越慢则产生的变形越大。所以在淬冷过程中，开始以“静油淬火”相对降低淬火介质高温冷速，此后再开启搅拌以增大低温冷速，从而实现综合控制变形。可以这样理解吗？
2、把连续炉、多用炉大料盘整体淬火冷却看成一个复杂件的淬冷过程，这说法很新颖也很有启发意义。
3、上述理论对大模数齿轮不适应吗？
4、短时“静油淬火”的时间从几秒到几十妙，这时间恐怕会超过过冷奥氏体冷却曲线中的“鼻子”温度，不会产生非马组织吗？

有一手

就单从热处理方面去思考影响零件变形的因素并确定它们在零件变形中所起的影响力,那么淬火介质在整个过程中无疑要占60%,而诸如零件如介质的方式.加热温度.材料成份,零件的形状等占40%.
     另外14楼提到的"静油淬火"是可取的方法.我们的轴类淬火也是用的此法.变形量从过去如油搅拌的2mm,到现在的最大0.5mm.只是静止的时间要结合零件的要求通过几次试验.

henryxin

qianglie zhichi  ,

zwd3279

同意2楼楼主意见。
但关于变形并不是只涉及到淬火液，还应该考虑到加热变形和吊装变形。　

霜月

采用井式炉渗碳、大油槽淬火时经常实施“静油淬火”来控制零件变形，每次都能获得令人满意的效果，现在也时有采用，但多用炉油槽较小，淬火时温升过高，担心油老化快，不敢常用。
但渗碳淬火时延时搅拌，不知什么原因却没有收到好的效果。

NEWAGE

零件在热处理过程中，只要内应力平衡被打破，变形就会发生。
     零件在热处理之前或多或少总会残存加工应力，热处理过程则会产生热应力和组织应力。热应力就是加热和冷却时零件各部位温度变化不同步产生的应力；组织应力则是零件各部位组织转变不同步或者生成不同的组织所产生的应力。热应力及组织应力无法避免，但如果所产生的内应力(不管大小)和残留应力叠加后能够在零件中均匀分布，也就是热处理过程中内应力始终保持平衡，就可以避免零件的热处理变形产生。
   由此可见，变形的控制最根本的还是要追求应力的平衡分布，这跟材料（成分均匀性）、预备热处理（组织均匀性）、零件的设计（结构合理）、锻造(流线均匀性)、机加工（残留内应力）、加热方式(加热速度等)、冷却方式（淬火介质的性能等）都有关系。
    在热处理过程中，应力变化最大的情况发生在淬火冷却时，主要的变形也大多在淬火时产生，所以人们主要把注意力集中于淬火过程。但并非说其他过程就没有变形的发生，前面说过，零件在热处理之前会有残留应力，而只要温度升高，残留应力就会释放，应力的释放过程就是零件微观塑性变形过程，微观变形叠加会导致宏观变形的产生。总之，只要有应力的变化，都会有变形的可能。