淬火应变原因分析

《大型铸锻件》HEAVYCASTINGANDFORGINGNo.2March2018滓火应变原因分析吕扬（中国一重铸锻钢事业部热处理厂，黑龙江161042)摘要：从组织、材质、悴火、回火等方面分析滓火应变的原因，提出了几种减少尺寸变化的措施。关键词：悴火应变；尺寸；变形中图分类号：TG156.35文献标志码：BAnalysisoftheCauseofQuenchingStrainLvYangAbstract:Inthrsp·aper,·thereason·ofquenchingstrainareanalyzedfromtheaspectsofstructure,material,quenchi~gandtempering,andseveralmeasurestoreducethesizechangeareputforward.Keywords:quenchingstrirln;dimension;deformation悴火应变的出现涉及3个阶段：一是加热（基于内应力的消除）；二是保温（自重下垂，即下垂弯曲）；三是冷却（基于不均匀的冷却和相变）。这3个阶段互相叠加最终导致零件的悴火应变。表1列出了不同热处理方法产生猝火应变的主要原因。图1为猝火变形说明图。浮火前表1Table1操作埣火应变的主要原因Maincauseofquenchingstrain悴火前Cb)交形示例悴火后猝火尺寸变化原因变形的原因-.残余应力的消加热，在到悴悴温火火温奥氏体的产生，度度除，热应力，自碳化物的固溶篮下垂下保温快速冷却冷却不均匀，热马氏体的生成，应力和相变应珠光体和贝氏力的叠加，发生休的生成残余应力热应力和相变应力的叠加，发生残余应力Figure1图1猝火变形说明图ilustrationofquenchingdeformation冷却到零度以冷下，在零度温度生成马氏体处以下保温，从低理温升至高温加热到回火温度，在回火温度回下保温火从回火温度冷却多少残余奥氏体就产生多少收缩。进行回火时，一般是收缩，但显示二次回火硬化的合金钢则为膨胀。另外，进行冷处理时残余奥氏体的马氏体化发生膨胀从而引起尺寸变化，这些组织的比容随着含碳抵的增加而增加，含碳量越多，尺寸变化由悴火引起的尺寸变化（广义为悴火应变）随钢的材质不同而异，图2给出了水猝和油悴所引起的尺寸变化与材质化学成分之间的关系。由图2可知，P、Mo、Cr、C和Mn对尺寸变化影响很大，而Si和Ni对尺寸变化影响较小，量具刃具钢1滓火应变原因分析SKS3和SKS31(W-Gr-Mn工具钢）是悴火变形小Ll组织的钢，甚至被称为是不发生悴火应变的钢。其次钢的塑性流线对悴火尺寸变化有很大影响，沿着通常尺寸变化是由组织变化引起的，即由相塑性流线的方向，即在纵向上尺寸变化大；与纵向变引起的膨胀和收缩造成的。猝火生成马氏体时发生膨胀；而生成残余奥氏体时发生收缩，而且有垂直的方向，即横向上尺寸变化小。因此取材时必须注意与其塑性流线方向一致。另外，碳化物收稿曰期：2017一09一15的线状偏析对尺寸变化也有影响。39马氏体的分解，应力消除，热处残余奥氏体的理转变残余奥氏体转热应力，发生残变余应力也越大。1.2材质No.2March2018《大型铸锻件》HEAVYCASTINGANDFORGINGVII--.---['0:\"ii[::..•LNI,.__1户、-;:::::,\\\\r,迳丶丶2、...._C._\\V丶忑｀__M-r-SI-、3•..•,;:I'....4丶MC-｀5r,.r-..••.•.-r---＼Cl6卜、Cr｀S无影响7bP有很坏影响、、--,....I\"-0·0.2·.0.40.6.0.8.1.0·1.2·1.4.1.6.1,8化学成分（％）(a)水悴覃雪雪胃00,20.40.60,81,0化学成分（％）1.21.41,61,8(h)油滓图2化学成分与尺寸变化的关系Figure2Relationshipbetweenchemicalcompositionandsizechange1.3滓火1.3.1仅有组织变化引起的尺寸变化钢件进行猝火时，有各种组织变化，这些组织变化引起尺寸变化，即从奥氏体组织转化为马氏体组织（完全悴火）时零件的尺寸变化（膨胀）最大；当奥氏体组织转变为贝氏体组织时，尺寸变化约为上述的113;当其转变为珠光体组织（退火）时约为上述的1/4。还有，由马氏体化而产生的膨胀随钢的含碳量的增加而增大。1.3.2残余奥氏体的影响由于滓火的作用，哪怕有少量奥氏体残留下来，也会相应地减少由膨胀所致的尺寸变化。因此，少量残余奥氏体的存在导致尺寸改变的减少，然而残余奥氏体的存在会使猝火硬度降低，在常温中放置会发生时效变形。1.3.3未固溶碳化物的影响在悴火加热时，碳化物固溶于奥氏体中越少，换而言之，残余碳化物越多，尺寸变化就越小。残余碳化物本身如形态、种类的变化不引起体积变化，所以与尺寸变化毫无关系。1.3.4冷处理的影响施行冷处理时，残余奥氏体减少，马氏体增多，所以产生膨胀性尺寸变化。1.4回火141马氏体的分解回火引起的马氏体分解，是造成收缩性尺寸变化的原因。该尺寸变化量随马氏体的含碳量而变化，马氏体的含碳量越高，尺寸变化越大。但是若以猝火前的状态为基准，经过悴火、回火后的综合尺寸变化最终仍然是膨胀性的。1A;2未固溶碳化合物的影响如有未固溶碳化合物的话，马氏体的含碳量减少，且碳化合物本身对尺寸变化无影响，所以回火第一阶段(200°C以下的回火）的尺寸变化是收缩性的。1.4.3残余奥氏体的影响如有残余奥氏体存在，回火引起的尺寸变化小。当回火温度在200°C以上，残余奥氏体向贝氏体转化，造成膨胀性的尺寸变化。因此，回火初期(200°C以下）残余奥氏体使尺寸收缩。在该温度以上，提高回火温度，残余奥氏体的分解会造成膨胀性的尺寸变化。1.5合金钢合金钢内的碳化物中往往固溶特殊元素，但其比容可以说几乎不变。因此，对待合金钢的方法与上述想法相同。只不过残余奥氏体的量是按合金元素的种类和量的不同而变化的；还有碳化物的量也在变化，所以必须考虑尺寸变化。2如何减少尺寸变化尺寸变化是猝火和回火后组织变化而引起的现象，因此完全消除尺寸变化是不可能的，只有依靠热处理方法减小它。(1)膨胀是马氏体引起的，收缩是残余奥氏体引起的，所以要减少马氏体的量和固溶于马氏体的含碳量，还应使残余奥氏体的量增多，但是必须注意，残余奥氏体增多，会导致时效变形。(2)使未固溶碳化物（残余碳化物）增多。(3)用马氏体以外的其它组织使钢硬化，其中最好是利用贝氏体组织。50%的贝氏体加50%的马氏体组织的钢的尺寸变化较小。(4)应进行回火处理。3结语综上所述，做好悴火应变的原因分析，做好相应的应对措施，对控制尺寸及形状变形至关重要。4°