钢板淬火变形的原因及研究现状

如何解决淬火变形和淬火裂纹的问题淬火的定义与目的将钢加热到临界点Ac3（亚共析钢）或Ac1 （过共析钢）以上某一温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后以大于临界淬火速度的速度冷却，使过冷奥氏体转变为马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺称为淬火。

淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或下贝氏体组织，然后配合以不同温度的回火，以大幅提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。

也可以通过淬火满足某些特种钢材的铁磁性、耐蚀性等特殊的物理、化学性能。

钢件在有物态变化的淬火介质中冷却时，其冷却过出一般分为以下三个阶段：蒸汽膜阶段、沸腾阶段、对流阶段。

钢的^透性淬硬性和淬透性是表征钢材接受淬火能力大小的两项性能指标，它们也是选材、用材的重要依据。

1.淬硬性与淬透性的概念淬硬性是钢在理想条件下进行淬火硬化所能达到的最高硬度的能力。

决定钢淬硬性高低的主要因索是钢的含碳量，更确切地说是淬火加热时固溶在奥氏体中的含碳量，含碳量越离，钢的淬硬性也就越高。

而钢中合金元素对淬硬性的影响不大，但对钢的淬透性却有重大影响。

淬透性是指在规定条件下，决定钢材淬硬深度和硬度分布的特性。

即钢淬火时得到淬硬层深度大小的能力，它是钢材固有的一种属性。

淬透性实际上反映了钢在淬火时，奥氏体转变为马氏体的容易程度。

它主要和钢的过冷奥氏体的稳定性有关，或者说与钢的临界淬火冷却速度有关。

还应指出：必须把钢的淬透性和钢件在具体淬火条件下的有效淬硬深度区分开来。

钢的淬透性是钢材本身所固有的属性，它只取决于其本身的内部因素，而与外部因素无关；而钢的有效淬硬深度除取决于钢材的淬透性外，还与所采用的冷却介质、工件尺寸等外部因索有关，例如在同样奥氏体化的条件下，同一种钢的淬透性是相同的，但是水淬比油淬的有效淬硬深度大，小件比大件的有效淬硬深度大，这决不能说水淬比油淬的淬透性高。

也不能说小件比大件的淬透性高。

影响金属材料热处理变形的因素及减小措施研究在金属材料加工制造的过程中应用热处理技术,主要的目的是为了促进材料自身性能的提高,确保金属材料可以满足社会经济发展的实际需求。

而热处理过程在提高金属材料性能的同时,也不可避免的产生热处理变形,使工件的尺寸发生偏离,给后续机械加工造成困难,严重者甚至会使工件报废。

作为热处理工艺员,必须采取切实可行的方法将金属材料热处理的变形控制在允许的范围之内。

1 金属材料热处理变形影响因素在进行金属材料的热处理时,通常会因为材料自身的密度、结构以及外部因素的影响,而出现冷热分布不均匀的的状况。

一般情况下金属材料的热处理主要分为加热、保温以及冷却三部分内容,由于金属材料受热及冷却时,随着温度的变化,其内部结构的应力也会随之发生改变,从而增加了金属材料变形的几率。

大多数情况下,在进行金属材料的热处理时,都会出现因为材料内部应力分布不均匀而造成的变形,也就是通常所说的内应力塑性变形。

这种变形最显著的特点是,不仅其方向性非常显著,而且发生频率也相对较高。

金属材料内部应力结构会随着金属材料热处理的次数而发生改变,也就是说金属材料进行热处理的次数越多,内应力结构的变化也就越明显,正是因为受到这样的影响,从而导致了金属材料的结构与形状都出现了显著的变化。

但是金属材料内应力塑性变形并不会影响到金属材料本身,这种变化只是针对于材料的内部结构。

在进行内应力塑性变形实际的分析后发现,导致金属材料内应力产生的因数有很多种,而不同因素引发的变形方式也不同。

在金属材料热处理过程中比较常见的内应力塑性变形主要有组织应力变形和热应力变形两种。

金属材料处于温度环境下进行加热冷却处理时,必须要掌握金属材料的热应力变形,否则无法实现金属材料的组织应力变形,也就是说,金属材料自身的淬透性、材料形状以及加热冷却方式直接决定着组织应力变形。

经过分析内应力塑性变形的种类和特点后发现,虽然在实际的操作过程中,已经掌握了对金属材料的加热、保温以及冷却等技术和工艺,但是经过实际的操作发现,在金属材料热处理的过程中还必须充分的重视正火、淬火、回火以及退火等工艺,才能从根本上保证金属材料热处理的质量与水平不断的提高。

淬火后钢件变形趋势-概述说明以及解释1.引言1.1 概述在钢件制造过程中，淬火是一种常见的热处理方法，通过快速冷却的方式改变钢件的组织结构和性能。

然而，在淬火过程中，钢件往往会出现一定程度的变形，这种变形现象对于钢件的质量和精度都会产生一定的影响。

因此，本文旨在探讨钢件在淬火后的变形趋势，分析变形的原因，并对影响钢件变形的因素进行讨论和展望，以期为钢件制造过程中的质量控制和工艺改进提供一定的参考和指导。

1.2 文章结构文章结构主要分为引言、正文和结论三个部分。

引言部分包括概述、文章结构和目的。

在概述中介绍了淬火过程中钢件的重要性，以及淬火后引起的变形问题。

文章结构部分主要是本篇长文的结构安排，包括各个部分的内容和顺序。

目的部分则是说明本篇长文的写作目的和意义。

正文部分包括钢件淬火过程、变形原因分析和变形趋势探讨。

在钢件淬火过程中，我们将介绍钢件淬火的基本流程和影响因素。

变形原因分析部分将对钢件淬火后出现变形的原因进行详细的分析和讨论。

而在变形趋势探讨中，我们将对不同条件下钢件变形的趋势进行深入探讨和分析。

结论部分包括总结、影响因素和展望。

在总结中对文章的主要内容和结论进行总结归纳。

影响因素部分将进一步分析淬火后钢件变形的影响因素。

展望部分将展望未来对钢件淬火变形问题的研究方向和发展趋势。

1.3 目的本文旨在研究钢件在淬火后的变形趋势，探讨钢件在淬火过程中可能出现的变形原因，并对变形趋势进行分析。

通过本文的研究，我们旨在深入了解钢件淬火后的变形规律，为工程师和生产人员提供参考，从而有效降低钢件淬火过程中的变形率，提高产品的质量和生产效率。

同时，我们也希望为相关领域的学术研究提供实用的理论支持和指导，推动该领域的进步和发展。

2.正文2.1 钢件淬火过程:钢件淬火是一种重要的热处理工艺，通过对钢件进行急冷处理，使其获得高强度和硬度。

通常情况下，淬火包括加热、保温和冷却三个阶段。

首先是加热阶段，钢件被置于均热炉中进行升温。

浅谈金属材料热处理变形的影响因素及控制策略金属材料热处理是一种常见的加工方法，通过控制金属在高温下的结构和性能，以达到改善材料力学性能和耐用性的目的。

热处理过程中金属材料容易发生变形，这对材料的质量和加工效果造成影响。

本文将从影响金属材料热处理变形的因素及控制策略进行探讨，希望为相关领域的研究人员提供一些参考。

1. 温度控制热处理温度是影响金属材料热处理变形的重要因素。

在高温下，金属材料的晶粒会发生再结晶，从而改变了材料的组织结构，使得材料的强度和硬度得到了提高。

如果温度控制不当，会导致材料的过热或过冷，从而产生变形现象。

在热处理过程中，必须对温度进行严格控制，以避免金属材料的变形。

3. 应力控制金属材料在热处理过程中会产生内部应力，这些应力会导致材料产生不均匀的变形。

在热处理过程中，必须对金属材料的内部应力进行控制，以避免材料的变形。

二、控制金属材料热处理变形的策略1. 合理设计热处理工艺在热处理过程中，必须对工艺参数进行合理的设计，以避免金属材料的变形。

还需要进行完善的工艺规范和操作流程，对热处理过程进行科学的控制，以确保金属材料在热处理过程中不会产生变形。

2. 严格控制热处理温度在热处理过程中，必须对温度进行严格的控制，以确保金属材料的晶粒得到再结晶，并避免材料的过热或过冷。

还需要对热处理设备进行定期的维护和保养，以确保设备的温度控制精度。

3. 控制冷却速率在热处理过程中，必须对冷却速率进行合理的控制，以避免金属材料的收缩过大，从而导致变形。

还需要对冷却介质进行合理的选择，以确保金属材料能够得到均匀的冷却。

4. 采取适当的调质措施在热处理过程中，还需要采取适当的调质措施，以避免金属材料的晶粒过大或过小，从而影响了材料的力学性能和耐久性。

还需要对金属材料的内部应力进行合理的调控，以避免材料的变形。

浅析金属材料热处理过程变形及开裂问题金属材料热处理是指通过加热、保温和冷却等一系列工艺过程，使金属材料的晶粒细化、组织均匀化、消除内部应力和提高硬度、强度等性能的一种工艺。

但是在热处理过程中，往往会出现变形和开裂等问题，严重影响产品的质量和使用性能。

下面将从变形和开裂两个方面进行浅析。

一、热处理过程中的变形问题1. 变形的原因（1）过度变形温度：金属在过度变形温度下变形，晶粒发生细化并产生塑性变形。

在过温温度下发生的晶粒细化较快，可使金属工件获得较高的硬度。

（2）金属工件的形状和尺寸发生变化。

2. 变形的类型（1）弹性变形：金属在受力后，恢复原状的能力。

在金属达到塑性变形温度后受到的应力释放，金属工件形状不发生变化。

（2）塑性变形：金属在受力后，形状和尺寸发生变化，而且塑性变形是不可逆的。

3. 变形的控制（1）控制变形温度：在金属材料进行热处理时，必须控制好变形时的温度，以保证金属变形的塑性和韧性。

（2）合理选择工件的形状和尺寸：在进行热处理时，需要对金属工件的形状和尺寸做出合理的选择。

1. 开裂的原因（1）应力过度：金属在冷却过程中，由于内部晶粒的组织不均匀或者过大的体积应力使得工件内部产生应力过度，从而导致开裂。

（2）金属材料本身的缺陷：金属在热处理过程中，由于存在各种缺陷，如气孔、夹杂、夹沙等，使得内部应力不均匀，容易引起开裂。

（3）冷却速度过快：金属在冷却过程中，由于冷却速度过快，使得内部晶粒的温度不均匀，容易发生变形和开裂。

2. 开裂的类型（1）晶间开裂：金属在冷却过程中，由于晶界处的强度较弱，容易出现晶界开裂。

（2）应力开裂：金属在冷却过程中，由于内部应力过大，使得工件产生应力开裂现象。

3. 开裂的控制（1）控制好冷却速度：合理控制金属材料的冷却速度，避免冷却速度过快导致开裂。

（2）减少金属材料的缺陷：在生产过程中，要严格控制金属材料的质量，减少金属材料的缺陷。

（3）采用适当的窑炉：使用适当的窑炉进行热处理，使得金属材料的温度和冷却速度控制得更加精准。

影响淬火热处理变形的原因淬火是将钢件加热到临界温度以上,保温适当的时间,然后以大于临界冷却速度冷却,获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺,它是强化钢材的最重要的热处理方法。

大量重要的机器零件及各类刀具、刃具、量具等都离不开淬火处理。

需要淬火的工件,经过加热后,便放到一定的淬火介质中快速冷却。

但冷却过快，工件的体积收缩及组织转变都很剧烈，从而不可避免地引起很大的内应力，容易造成工件变形及开裂。

由于淬火变形影响因素非常复杂，导致变形控制十分棘手。

而采用校直办法纠正变形或通过加大磨削加工余量，都会增加成本，因此研究钢件淬火热处理变形的影响因素，提出防止变形的措施是提高产品质量、延长零部件使用寿命、提高经济效益的重要课题。

零件热处理变形原因分析1 热应力引起的变形钢件在加热和冷却过程中,将发生热胀冷缩的体积变化以及因组织转变时新旧相比容差而产生的体积改变。

零件加热到淬火温度时,屈服强度明显降低,塑性则大大提高。

当应力超过屈服强度时,就会产生塑性变形,如果造成应力集中，并超过了材料的强度极限,就会使零件淬裂。

导热性很差的高碳合金钢,如合金模具钢Cr12MoV、高速钢W18Cr4V之类的工具钢，淬火加热温度很高，如不采用多次预热和缓慢加热,不但会造成零件变形,而且会导致零件开裂而报废。

此外,铸钢件和锻件毛坯,如果表层存在着一层脱碳层,由于表层和心部导热性能不同,在淬火加热较快时,也会产生热应力而引起变形。

冷却时由于温差大,热应力是造成零件变形的主要原因。

2 组织应力引起的变形体积的变化往往与加热和冷却有关,因为它和钢的膨胀系数相关。

比容的变化导致零件尺寸和形状的变化。

组织应力的产生起源于体积的收缩和膨胀，没有体积的膨胀,就没有组织转变的不等时性,也就没有组织应力引起的变形，导致热处理变形的内应力是热应力和组织应力共同作用形成的复合应力，热应力和组织应力综合作用的结果是不定的,可能因冷却条件及淬火温度的不同而产生不同情况，淬火应力是由急冷急热应力及由组织转变不同时所引起的应力综合构成的。

浅析金属材料热处理过程变形及开裂问题金属材料热处理是一种常见的工艺，通过热处理可以改善金属的组织结构和力学性能，提高其硬度、强度、耐磨性等。

在热处理过程中，金属材料可能会发生变形和开裂等问题，影响热处理效果和制品质量。

本文将就金属材料热处理过程中的变形及开裂问题进行浅析。

1.1 变形的原因金属在加热和冷却过程中，会发生体积膨胀和收缩，由于材料的弹性变形和塑性变形，会导致材料发生变形。

在加热过程中，金属材料的晶粒会发生重新组织，晶粒的尺寸和形状发生变化，从而引起材料产生变形。

在冷却过程中，由于温度梯度和残余应力的存在，也会使得金属材料产生变形。

1.2 变形的表现金属材料热处理过程中的变形主要表现为尺寸变化和形状变化。

尺寸变化包括线膨胀、面膨胀和体积膨胀，形状变化包括挠曲、弯曲、翘曲等。

这些变形会影响工件的精度和质量，甚至导致工件无法使用。

1.3 变形的影响金属材料热处理过程中的变形会影响工件的尺寸精度和形状精度，降低工件的加工精度和装配精度，甚至影响工件的功能和使用寿命。

研究金属材料热处理过程中的变形问题，并寻求有效的控制措施，对于提高金属材料热处理质量具有重要意义。

2.1 开裂的原因金属材料在热处理过程中容易发生开裂，其主要原因包括内应力和组织缺陷。

在热处理过程中，由于金属材料的非均匀加热和冷却，会导致材料产生内应力，当内应力超过材料的承受能力时，就会引起裂纹的产生。

金属材料在制备过程中可能存在组织缺陷，如夹杂物、气孔等，这些缺陷也会成为裂纹的萌生点，易引发开裂。

2.2 开裂的表现金属材料热处理过程中裂纹的表现有很多种，主要包括表面开裂、内部裂纹、轧制裂纹等。

这些裂纹会降低金属材料的强度和韧性，影响其使用性能，甚至导致工件的失效。

3.1 完善工艺流程在金属材料热处理过程中，应根据材料的属性和工件的结构特点，合理设计和优化热处理工艺流程。

包括加热温度、保温时间、冷却速度等参数的选择，以及预热、均热、保温、淬火等工艺控制的改进，以减小工件的内应力和组织缺陷，降低变形和开裂的风险。

钢件热处理变形的原因总结
引起热处理变形的因素颇多，总括起来，基本上有三点：
1、固态相变时，各相质量体积的变化必然引起体积的变化，造成零件的胀与缩的尺寸变化；
2、热应力，包括急热热应力和急冷热应力，当它们超过零件在该温度下所具有的屈服极限时，将使零件产生塑性变形，造成零件的形状变化，即歪扭，或称为畸变；
3、组织应力也会引起形状的改变，即畸变。

一般说，淬火工件的变形总是由于以上的两种或三种因素综合作用的结果，但究竟哪一个因素对变形的影响较大，则需要具体情况作具体的分析。

总的来说，体积变化是由相变时比容的改变而引起的。

马氏体的质量体积比钢的其他组成相的质量体积要大，热处理时钢由其他组成相转化为马氏体时，必然引起体积的增加。

而奥氏体的质量体积要比钢的其他组织质量体积要小，在热处理时由其他组成相转变为奥氏体时，则引起体积的减小。

关于形状的变化，歪扭或称为畸变，主要是由于内应力或者外加应力作用的结果。

在加热、冷却过程中，因工件各个部位的温度有差别，相变在时间上有先后，有时发生的组织转变也不一致，而造成内应力。

这种内应力一旦超过了该温度下材料的屈服极限，就产生塑性变形，引起形状的改变。

此外工件内的冷加工残余应力在加热过程中的松弛，以及由于加热时受到较大的外加应力也会引起形状的变化。

在热处理时可能引起体积变化和形状变化的原因见下表。

表中“体积变化原因”一栏未列入钢因热胀冷缩现象而产生的体积变化，钢由淬火加热温度到零下温度进行冷处理，均随温度的变化而有相应的体积变化，因热胀冷缩而引起的体积变化不均匀乃是热应力产生的原因，而且对变形有相当的影响。

热处理可能引起体积变化和形状变化的原因。

淬火变形问题的探讨生产中的淬火变形一直给工厂带来大量的损失。

淬火变形的产生，从理论上说，当然与热应力和组织转变应力的影响有关，但是，在分析和解决实际工件的淬火变形时，这种理论却很难做到具体应用。

至今，尚没有用来分析和解决工件淬火变形问题的实用的系统方法。

热处理行业期待的是能用来分析和解决实际工件淬火变形的系统而实用的方法。

以此为目标，本文发展了一种以钢的端淬曲线为依托，从检测出发生变形的工件上的硬度差异入手去分析和解决工件淬火变形问题的方法，我们把它叫做"硬度差异法"，供热处理行业采用并探讨。

一、本新方法的适用范围工件发生了淬火变形，指的是工件上某些部位发生了超过图样公差的变形。

本文把工件上发生变形的部分和与之相关连的部位合称为该工件的参与淬火变形部位。

参与淬火变形部位指的是工件上多个部位的总体，须根据实际工件的(变形)情况来确定。

在已发生淬火变形的工件上，参与了淬火变形的不同部位的硬度可能基本相同，也可能有明显差异。

硬度差异反应出这些部位的淬火转变产物(即组织)之不同。

由于不同的组织有不同的比容，比容差本身及其在淬火过程中的作用必然对淬火后的变形有直接的影响。

由于这样的原因，本文把最终发生了淬火变形的工件分为两类。

第一类:因装炉时的冲撞，淬火加热中工件的装挂或堆放不当，以及出炉转移到淬火介质过程中所受的外力或自重引起的变形。

这类变形容易从操作方法和装挂方式入手去解决。

第二类：工件参与淬火变形部位有明显或不明显的硬度差异，也可能伴有淬火开裂。

在第二类情况下，引起变形的原因既有淬火冷却过程中的应力作用，也有转变产物比容差之最终的影响。

本文提出的概念和方法，仅限于用来分析和解决第二类淬火变形问题。

二、淬火变形工件的冷却速度带及减小变形的努力方向作为本方法的基础，先引进淬火变形工件的硬度-冷速曲线、冷却速度带及其跨区等概念。

1．硬度-冷速曲线的分区及其与淬火变形的关系图1是有代表性的顶端淬火曲线示意图。

20号钢渗碳淬火变形20号钢是一种广泛应用于汽车、拖拉机及一般机械制造业的钢材，其渗碳淬火过程中的变形问题一直是制造业者关注的焦点。

下面将从热处理工艺、原材料、机械加工、工件结构等方面分析20号钢渗碳淬火变形的原因，并针对这些原因提出相应的解决方案，以帮助企业更好地控制工件变形，提高产品质量。

一、20号钢渗碳淬火变形的原因1、热处理工艺不当：渗碳淬火过程中，温度控制不准确或冷却速度过快，会导致工件内部产生热应力，从而引起变形。

2、原材料问题：原材料的化学成分、晶粒度、合金元素等都会影响渗碳淬火过程中的变形。

例如，碳含量过高、晶粒度粗大等都可能导致工件变形。

3、机械加工因素：工件在机械加工过程中，加工余量过大、刀具磨损、切削热等问题，也会导致工件变形。

4、工件结构因素：工件结构复杂或存在局部热处理不均匀等问题，可能引发工件变形。

二、减小20号钢渗碳淬火变形的措施1、优化热处理工艺：制定合理的热处理工艺参数至关重要。

根据20号钢的特性，选择合适的渗碳温度、时间和冷却速度，以达到30-35HRC的硬度。

同时，严格控制加热速度和冷却速度，避免因温度变化过快而导致的热应力过大，确保工件内部热应力平衡，减小变形。

2、提高原材料质量：选用优质钢材，控制好化学成分和晶粒度，确保原材料质量符合要求。

并对原材料进行严格的化学成分分析和物理性能测试，确保原材料的质量达到要求。

此外，对原材料的晶粒度进行检测，以确保其符合规定范围。

3、机械加工注意事项：合理安排加工工艺，要注意控制加工余量，避免因加工余量过大而导致工件变形。

合理选择刀具，注意刀具的磨损和切削热对工件的影响。

此外，合理安排加工顺序，避免因加工顺序不当导致的工件变形。

4、工件结构设计：工件的结构设计也是影响渗碳淬火变形的重要因素。

设计时应尽量使工件结构简单、对称，避免复杂结构带来的热处理不均匀问题。

对于存在局部热处理不均匀的工件，可以采用局部淬火或分区淬火的方法，以减小变形。