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1、Xxxxxxxxxxxxxxx科毕业设计（论文） 专科生毕业设计（论文）题 目：对热处理过程中变形、开裂问题的探讨学生姓名： xxxxxxxxxxx 系 别： 电气信息工程系 专业年级： xxx级材料成型与控制技术专业x班 指导教师： xxxxxxxxxxx 2011年 5 月 01 日摘 要在热处理过程中变形与开裂是常见而又较难解决的问题 。对热处理变形的规律的复杂性我们还没有彻底的认识和掌握。论文分析了热处理变形、开裂的原因，影响变形的因素以及减小热处理变形、防止开裂的一系列技术措施。关键词：热处理；变形；开裂；热应力；组织应力目 录引言.1第一章 热处理变形、开裂的原因.21.1热应力及
2、其引起的变形.21.2 组织应力及其引起的变形.2第二章 影响变形、开裂的因素.42.1原材料缺陷.42.2钢的化学成分.42.3钢的淬透性.42.4钢的原始组织.42.5工件的几何形状.4第三章 减小变形、防止开裂的措施.53.1正确的选择钢材.53.2合理锻造及预先热处理.53.3合理设计工件的结构形状.53.3.1避免尖角、尖棱.53.3.2 避免厚薄悬殊.53.3.3 采用封闭、对称结构.53.3.4 采用组合结构.63.4 采用合理的热处理工艺.63.4.1采用一次或多次预热.63.4.2 采用分级淬火或等温淬火.63.5.1 长轴类零件，垂直淬入，上下移动.63.5采用正确的操作方
3、法.63.6 合理安排工艺路线.73.9 修改技术条件.73.7预留合理的加工余量.73.8 按变形频率调节加工尺寸.7第四章 结论.9参考文献.10致谢.111引言变形是指零件在热处理时引起的形状和尺寸的偏差。变形是热处理较难解决的问题，要完全不变形是不可能的，一般是把变形量控制在一定范围内。超过变形量时，只能用校正法校正。开裂是绝对要避免的，因为开裂零件无法挽救，只能报废，这既浪费了材料与加工费用，有影响了生产，给国家造成损失。因此，分析研究金属热处理变形、开裂的原因，掌握其规律性，并找出减小变形、防止开裂的技术措施，具有十分重要的意义。 第一章 热处理变形、开裂的原因工件的变形包括尺寸变
4、化和形状变化两种。不论哪种变形，主要都是由于热处理时，工件内部产生的内应力所造成的根据内应力的形成原因不同，可分为热应力与组织应力。工件的变形就是这两种应力综合影响的结果，当应力大于材料的屈服极限时，就会发生永久变形，如果大于材料的强度 ，工件就会开裂。下面对两种应力引起的变形分别加以研究。1.1 热应力及其引起的变形由于加热或冷却不均匀使零件表里存在温差因而造成热胀冷缩的不一致，由此而产生热应力。急冷热应力有两个特点：1是零件表面产生压力，心部产生热效应。2大型轴类零件心部的轴向参与拉应力特别大。对工件的影响：大型轴类零件如轧辊，因冷却后轴向参与拉应力很大，再加上心部往往存在气孔、夹杂、锻造
5、裂纹等缺陷，故容易造成横向开裂。对于形状简单的小轴零件，新产生的表面压应力可提高其抗疲劳能力。实践证明，热应力引起工件变形的特点是和物体内部受到高的流体静压力作用的结果相似，它使平面变成凸面，直角变成钝角，长的方向变短，短的方向变长。一句话，使零件趋向球形参看图1-1(a)所示。1.2 组织应力及其引起的变形由于奥氏体及其转变产物的比容不同以及工件的表面、心部各部分之间组织转变的时间不同所造成的内应力称为组织应力。奥氏体的比容最小、马氏体的比容最大，故钢淬火时发生体积膨胀，产生组织应力。组织应力有两个特点：1）工件表面受拉应力，心部受压应力。2）靠近表面层，切向拉应力大于轴向拉应力。组织应力引
6、起工件变形的特点与热应力相反，使平面边凹，直角变锐角，长的方向变长，短的方向变短。一句话使尖角变得突出如图1-1(b)所示。特别指出的是，试样表面的切向拉应力很大，较大的切向拉应力往往是零件产生纵向裂纹的主要原因。淬火零件的变形时热应力和组织应力综合作用的结果。如图1-1(c)所示除了内应力外，零件的变形还要原材料成分、工件的形状和介质冷却速度的影响，实际情况要复杂很多。因此在解决实际问题时，要全面分析，指出起主导作用的是热应力还是组织应力，以便判定变形的趋势或裂纹产生的可能性，并采取各种措施予以控制或防止。（a)热应力 （b)组织应力 （c)热应力+组织应力图1-1 不同应力作用下零件变形示
7、意图第二章 影响变形、开裂的因素2.1 原材料缺陷 钢中的锁孔、白点以及冷加工留下的较深刀痕等都可能成为淬火裂纹的根源。原材料中碳化物偏析对淬火裂纹也有一定的影响，特别对高速钢，网状碳化物偏析易形成切口应力集中，工件易发生开裂，因此，必须必须严格控制原材料的质量。2.2 钢的化学成分 主要是含碳量的影响。它通过对马氏体的比容，钢的Ms点以及残余奥氏体量等的影响而表达出来。低碳钢淬火后一般表现以热应力为主的变形特征。这是由于低碳马氏体的比容较小，组织应力就小，故热应力对变形起主导作用。中碳钢在全部淬透的情况下，总是表现为以组织应力为主的变形特征。这是由于马氏体的比容较低碳钢大马氏体点仍然相当高，
8、故组织应力的作用大。在未淬透的情况下，随着淬硬层的减薄，组织应力引起的变形也逐渐减小。在个别情况下还可能出出现以热应力为主的变形特征。高碳钢在淬不透的情况下，以组织应力为主导作用。2.3 钢的淬透性淬火工种的变形与淬硬层深度有密切的关系。以T10钢长轴为例，在完全淬透的情况下，它是以组织应力为主的变形，故淬火后其长度增加。如果直径大而未淬透，则其长度反而缩短。2.4 钢的原始组织实践证明，淬火前的原始组织对淬火变形有影响。例如，组织不均匀以及碳化物偏析，碳化物网的存在等均使变形量增加；粒状珠光体比片状珠光体淬火后的变形量要小。2.5 工件的几何形状在实际生产中，设计人员不仅要使零件的结构形状适
9、合部件机构的的需要，而且要充分考虑 淬火零件的结构形状与热处理工艺性的关系。工件结构不合理会给热处理带来不便，以致引起淬火变形甚至开裂，而使零件报废。第三章 减小变形、防止开裂的措施3.1 正确的选择钢材对于形状复杂、截面尺寸相差悬殊的工件，最好选用高淬性的合金钢。以便在缓冷介质中冷却时，能减小应力与变形。对形状复杂且精度要求较高的模具、量具等，可用微变形钢，用等温淬火或分级淬火来减小变形。3.2 合理锻造及预先热处理钢中白点、锁孔可能成为淬火裂纹的根源。原材料中碳化物偏析也易使工件发生开裂，因此，必须严格控制原材料的质量。淬火前的原始组织对淬火变形有很大的影响。尤其对高碳工具钢必须进行合理的
10、锻造以消除网状碳化物及偏析，尽可能使其均匀分布。对变形要求较严格的工件，在加工过程中，要进行去应力退火。对形状复杂的零件淬火前进行退火、正火或调制处理，以减小或避免零件变形、开裂。3.3 合理设计工件的结构形状3.3.1 避免尖角、尖棱 零件尖角、尖棱 造成淬火应力集中，往往会导致淬火裂纹，故要将尖角、棱角加工成圆角、倒角以避免开裂。3.3.2 避免厚薄悬殊 厚薄悬殊的零件因淬火冷却不均匀，所以变形、开裂倾向较大可采取开工艺孔、加厚零件太薄的部分、合理安排空洞位置或不通孔为通孔等方法。3.3.3 采用封闭、对称结构 开口或不对称结构的零件淬火时应力分布不均匀，已引起变形，应改为封闭结构或对称结构。封闭结构如图3
