工件熱處理缺陷的預(yù)防和補(bǔ)救

李麗榮

（太鋼集團(tuán)臨鋼檢修分公司，山西 臨汾 041000）

熱處理一般是通過改變組織結(jié)構(gòu)的微觀形態(tài)，從而使得零件的宏觀性能得到改進(jìn)，整體而言，工件熱處理缺陷是以微觀為主宏觀為輔，微觀結(jié)構(gòu)的檢查需要通過儀器才能實現(xiàn)。同時，由于熱處理的批量處理使得發(fā)生熱處理缺陷時，所覆蓋的范圍比較廣泛，所以其危害也比較大，有必要阻止該類缺陷的發(fā)生。本文主要從熱處理的不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)入手，簡要介紹了熱處理缺陷的預(yù)防以及補(bǔ)救方法。

1 加熱階段

工件必須要在規(guī)定的時間內(nèi)達(dá)到處理溫度，這個過程中要注意熱應(yīng)力和組織應(yīng)力的變化，尤其是工件的過渡部分等薄弱部分，是產(chǎn)生缺陷的地方。只有通過嚴(yán)格的過程控制，例如采用多次預(yù)熱及分級加熱等措施，才能避免裂紋和畸變的產(chǎn)生，尤其是在工件的尺寸差別較大、加熱速度較快的情況下。

1.1 加熱溫度

所需處理材料的成分對處理溫度的高低的確定起到主要作用，而溫度、加熱速度和保溫時間三者在一定程度上是有關(guān)聯(lián)的。加熱的強(qiáng)度越大，奧氏體化溫度越大，而如果需要的奧氏體化溫度越大其所需要的奧氏體化時間也越短；進(jìn)行化學(xué)擴(kuò)散熱處理時，擴(kuò)散深度是隨著處理溫度的提高而提高的，所以淬火時的溫控非常重要。

1.2 保溫時間

組織變化以及表層的變化具有一定的周期性，因此保溫時間一定要遵循該周期變化。保溫的最短時間的確定應(yīng)該要遵循鋼材的初始狀態(tài)，避免過長或過短，因為過短會使組織的更替不夠充分，而如果太長又會導(dǎo)致奧氏體的晶粒變大。硬化層深度是決定熱處理時間的關(guān)鍵因素。

1.3 加熱介質(zhì)

淬火裂紋以及表面質(zhì)量情況與加熱介質(zhì)有非常大的相關(guān)性。如果是表面滲碳等化學(xué)熱處理其處理過程可以允許一定程度上的氧化、滲氮、增碳、脫碳反應(yīng)，而在其非化學(xué)熱處理過程中一定要避免上述反應(yīng)發(fā)生。通過采用保護(hù)氣體如惰性氣體可以避免上述反應(yīng)的產(chǎn)生。真空爐、氣氛爐和鹽浴爐發(fā)生淬裂的可能性依次增加，而真空爐對于防止氧化、脫碳方面也具有優(yōu)勢。

2 冷卻階段

在淬火和滲碳淬火過程中，臨界速度必須要有一定大的數(shù)值，因為對于高硬度和過量馬氏體而言，從熱處理的目的出發(fā)，只有一定的臨界速度才能保證熱處理的效果。經(jīng)過550～600 ℃高溫的反復(fù)回火，容易發(fā)生回火脆性，對于回火脆性較敏感的工件需要及時迅速的冷卻。任何需要進(jìn)行固溶退火的工件如非鐵合金等材料，也需要進(jìn)行快速冷卻。但是有時候快速冷卻會導(dǎo)致零件表面和里層深處的溫差太大從而產(chǎn)生熱應(yīng)力可能會使工件變形，因此在實際處理過程中，一般采用熱浴冷卻法，尤其是刀具和滲碳淬火過程。其間可以承受的最慢冷卻速率可以通過由時間溫度所繪制的轉(zhuǎn)變曲線圖，在盡量保證工件組織狀態(tài)的前提下實現(xiàn)冷卻效果。

淬火效果和冷卻介質(zhì)的溫度及其成分都有關(guān)聯(lián)，介質(zhì)的冷卻能力會隨著水溶液的溫度的升高而下降，而對于油卻是隨其溫度的升高而使得介質(zhì)的冷卻能力提高。此外，在水中添加一定數(shù)量的鹽分后，在 650～550 ℃溫度范圍內(nèi)，能夠使其冷卻能力比一般的水溶液要高近十倍；而如果是在低溫的范圍內(nèi)卻沒有明顯的提高作用。又如在油中添加諸如磺酸鈉、硫酸鋇等添加劑后，即可以成為所謂的快速淬火油，尤其可以提高其高溫區(qū)域的冷卻速度。快速淬火油的冷卻能力要比一般的油高但是稍低于水溶液，而且淬火油能夠防止工件的變形和開裂。

3 加工過程和后續(xù)處理中產(chǎn)生的缺陷和防范

3.1 零件的結(jié)構(gòu)不合理

熱處理工件的維持結(jié)構(gòu)重要的是要遵循兩個原理：首先，在圖紙設(shè)計階段應(yīng)該要設(shè)計減應(yīng)力孔，以防止尺寸分布不均勻產(chǎn)生的應(yīng)力，而且要在危險截面需要加厚。其次，斜面比較高的斷面過渡要注意使用大半徑連接。

3.2 材料選擇

淬火以及表面滲碳淬火時，材料的淬透性非常重要，同時需要維持一定的淬火深度。尤其是刀具和零件，如果對鋼材的淬透性能夠把握適當(dāng)，可以大大減少報廢率。

3.3 熱處理工藝規(guī)程

熱處理工藝的選擇對于降低工件的缺陷或報廢率都非常重要，因此在制定工藝流程以及編制的過程中要根據(jù)工件的要求盡量做到節(jié)約成本又能使工件達(dá)到要求。

3.4 硬度檢驗

硬度測量儀器的安裝一定要注意避免因為不穩(wěn)定而導(dǎo)致的震動，試樣的表面要注意清理到位，檢驗負(fù)荷的設(shè)定一定要盡量精確。

3.5 工藝操作不當(dāng)

工藝操作過程如果出現(xiàn)零件滲碳淬火的軟點，應(yīng)該調(diào)整操作過程，一般是由于在工件去毛刺后沒有按照應(yīng)有的流程進(jìn)行晾曬，從而導(dǎo)致生銹使得局部脫碳造成軟點。

3.6 后序處理產(chǎn)生的缺陷

工件熱處理的后續(xù)處理也非常重要，如果處理不當(dāng)很容易產(chǎn)生廢品。例如，淬火后不能安排校直工序而應(yīng)該在回火后馬上進(jìn)行校直工序，否則很容易產(chǎn)生變形。熱處理后因為切削熱和冷卻劑替換而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力會導(dǎo)致零件因為退火而產(chǎn)生裂紋，這時，可以選擇用適當(dāng)?shù)纳拜?、合適的冷卻以及細(xì)致的回火盡量減少報廢。

4 結(jié)束語

歸納起來，防止熱處理工件的缺陷應(yīng)該要從工藝文件的準(zhǔn)確制定入手，把握其熱處理過程，對熱處理后續(xù)工藝予以重視，注重冷熱工序的相互配合，合理規(guī)劃，才能夠盡量減少零件加

熱處理過程中缺陷的產(chǎn)生。

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2 程欣.常用齒輪材料的選擇及其熱處理工藝[J].中國科技信息，2009（13）

3 胡望遠(yuǎn).直射溫度對齒輪熱處理變形的影響[J].金屬加工（熱加工），2009（13）