淬火缺陷与控制教学课件PPT热处理原理及工艺

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1、热处理原理及工艺（18-19）3-5淬火缺陷与控制变形和开裂过热与过烧软点与硬度不足氧化脱碳变形和开裂是热处理常见缺陷由淬火应力引起淬火应力σ＞材料σs→工件畸变（变形）淬火应力σ＞材料σb→淬火裂纹以纯Cu，加热800℃，上下喷水冷却为例。第一阶段：外层受拉，心部受压应力。一、淬火应力1、热应力冷却开始时：表层T低，心高，表面冷得快，收缩较大。冷却后期，心T高→低，表T变化小，心部收缩的多。∴冷收缩不同时，产生应力第二阶段：表压，心拉∵T很低，σs较高，不再引起塑变。∴应力分布被保留下来成为残余应力热应力：

2、第一阶段：表拉，心压应力值σ随ΔΤ↑而↑σ＞σs，塑性变形应力松弛，应力值降低第一阶段第二阶段热应力型残余应力分布特点为：表层压应力，心部拉应力热应力引起变形在初期：表拉、心压零件心部受多向压应力作用失去原形，形状向球状方向发展，如圆柱体，高度减小，中部直径扩大，变成腰鼓形。零件沿最大尺寸方向收缩，最小尺寸方向伸长2、组织应力（transformationstress）（相变应力）A→M，VM＞VA体积膨胀第一阶段:第一阶段：表压、心拉，T高，σs低，引起塑变形，松驰应力。第二阶段：表拉，心压。T低，σs高，

3、不易引起塑性变形，应力保留。∴组织应力引起的残余应力状态为：表：拉应力，心：压应力。零件沿最大尺寸方向伸长，最小尺寸方向收缩热处理的残余应力是热应力，组织应力和附加应力在热处理过程中综合作用的结果。变形检验：简单检验法——红汞涂试样上，在平面上擦，可看出是凸、凹或不变形。3.附加应力——其他原因如表/心组织不均弹塑变形不一致3、影响淬火应力的因素：（1）含C量V高CM＞V低CM→C%↑组织应力↑↑C↑，Ms↓→A残↑→组织应力↓综合效果：随C↑，热应力作用逐渐减弱，组织应力作用强→表面压力值↓，拉应力值↑，拉

4、应力位置越来越靠近表面→↑淬裂倾向（2）合金元素（Me）：钢中加入Me后，热传导系数↓→热应力↑，组织应力↑多数Me使Ms↓A残↑→组织应力↓→热应力作用增强（3）工件尺寸的影响（a）完全淬透情况：尺寸越大，截面温差大，尤其高温区温差影响大，热应力作用增强，→热应力型（残余应力）尺寸小，温差较小，热应力作用较小，应力特征为组织应力型。（b）不完全淬透情况：上述热应力和组织应力＋附加应力附加应力表层M，未淬硬部位为非M，表膨胀，表层受压，心拉，与热应力相似。∴工件尺寸越大，淬硬层越薄，热应力特征越明显（4）原始

5、组织同一T：VA＜VB＜VF＜VM，A→B，组织应力较小原始组织为P+Cm，Cm均匀分布，可减小淬火组织应力（球化退火）若Cm呈网状分布，淬火后组织应力↑。（5）热处理工艺淬火介质冷却特性---影响残余应力状态中高温区快冷，Ms区缓冷可获热应力型分布Ms点附近冷速大，淬透，主要组织应力型为主合理的入水方式，零件与淬火介质之间相对运动，可使零件均匀冷却→降低淬火应力。回火可使淬火应力大幅度下降，甚至消除。二、淬火变形（一）变形的基本规律热应力作用，表拉心压引起变形组织应力，表压心拉变形比容差：工件各部分均匀胀大

6、或缩小，如组织转变同时VA、VM不同。简单形状工件的热处理变形趋向（二）变形的影响因素：1、淬透性高：变形复杂。两种应力协调变形低：热应力型2、Ms点高两应力可部分抵消3、组织均匀性C化物膨胀系数小，F膨胀系数大4、加热速度快，加热变形5、淬火温度加热T高，热应力引起变形大6、冷速大，温差大，变形大通过变形趋势分析平板变形由何种应力引起？(热应力or组织应力？)喷水方向（三）减小变形的措施1、合理选材，正确设计结构2、正确锻造和进行预备热处理3、采用合理的热处理工艺(温度、介质、方法)1）避免尖角与棱角热处理

7、零件结构的工艺性2）避免截面厚薄悬殊，合理安排孔洞和键槽3）采用封闭、对称结构4）采用组合结构（四）淬火变形的矫正变形在不大可以校正，开裂—报废。热压矫正-压力下冷却或接近Ms时加压A-塑如：压淬热点矫正－中小轴反击矫正–轴、杆冷压矫正---冷态压力机上。适用于硬度不高或淬硬层较浅的工件回火矫正—回火中加压薄片扁嘴钢锤压淬校直三、淬火开裂（一）开裂原因：σ拉＞σb受压不易裂，σb压≥3σb拉残余应力以组织应力形式分布—易裂。热处理时应避免裂纹发生，提高成品率。（二）影响淬火裂纹形成的因素：冶金因素（化学成份,

8、原始组织，夹杂等）结构因素（截面大小，形状，有否台阶）工艺因素（加热规范，冷却，机加工质量，预先热处理）。1、冶金因素：（1）冶金质量气孔、疏松、砂眼、偏析、裂痕、白点、夹杂等缺陷———裂纹源（2）化学成分①含C量C↑，板条M→孪晶M，淬火显微裂纹↑→↑淬火开裂倾向C↑，热应力作用↓，组织应力↑，表拉，↑开裂倾向。实践证明：Wc＜0.4%的钢，可以避免淬火裂纹②合金元素：作用复杂（3）原始组织球状P