热处理变形问题的探讨（三）

　　五、基本措施的应用次序

　　上面介绍的四类调节冷却速度带基本措施，也就是控制淬火变形的四类基本方法。在热处理生产中，解决工件淬火变形问题时，如果有足够的实际经验，则可以判定直接采取某一类或几类措施；如果经验尚不足，则又可以按下面介绍的基本措施应用次序，逐一试用，直至解决问题为止。

　　第一条措施：改变热处理工艺参数

　　首先，可以根据淬火变形工件的冷却速度带的跨区情况，采取以下热处理工艺措施:

　　-提高或降低工件(或其局部)的淬火加热温度；

　　-升高或降低淬火液液温；

　　-增大或减小淬火冷却过程中工件(或其局部)对淬火液的相对流速。

　　采取一项或几项这类措施，通常可以解决不少淬火变形问题。

　　第二条措施：改变淬火液使用浓度

　　浓度易测易控的水溶性淬火剂配成的淬火液，适于采用这类措施。由于浓度变化后较难还原，因此，是在采取第1条措施尚不能解决问题时，才可考虑用第2条。

　　第三条措施：改换淬火介质品种或加入专配添加剂

　　改换介质包括:由自来水换成某种水溶性淬火液；-由一种水溶性淬火液改成另一种水溶性淬火液；由自来水或水溶性淬火液改成油性介质；由普通机油改成某种淬火油；-由一种淬火油改成另一种淬火油；由冷油改成热油；在普通机油中加入专配添加剂。

　　这都要根据工厂的情况和变形问题的特点来选定。由于这类改造是不可回复的，费用也较大，应当慎重些。为避免改换上的失误，事先应当对现用淬火液的冷却特性以及需要改成什么样的冷却特性的淬火液才能完成所希望的冷却速度带的变动有充分的了解。对于水性淬火液，主要考虑它的"300℃冷速"，可以根据淬火剂的级别(或可以调节到的级别)来选用。对于淬火油，由于淬裂倾向相当小，需要考虑的是它在淬火过程中的蒸气膜阶段长短，低温冷却速度高低，以及其出现最高冷速的温度和最高冷速值(淬火油的冷却速度分布)。工件的钢种、形状、有效厚度和热处理要求不同，需要相适应的冷却特性分布的油,才可以保证其冷却速度带全部落入第Ⅱ冷速区。但有一项经验对选用淬火油(或旧油作油改性)有帮助：对于多数钢种，当淬火油的蒸气膜阶段较短，低温冷速较大,以及最高冷速较高时，对保证淬硬和防止变形都很有效。

　　第四条措施：改换钢种

　　按传统的防止淬火变形措施，换钢种是工件在自来水中淬火发生变形后，改换成淬透性好的钢种，在机油中淬火来控制变形。对这种做法的习惯性解释为：原钢种在自来水中淬火，冷速太快，内应力过大引起了超差的淬火变形。改换成淬透性更好的钢种，由于油中冷得更慢些，内应力减小，因此可以减小淬火变形。这种做法通常有效。而对这种做法的解释则不尽全面。按本文方法做解释，换钢种用油淬火，首先是淬透性更好的钢种有更宽的第Ⅱ冷速区，可以使该工件在油中淬火时的冷却速度带全部落入第Ⅱ冷速区。说那种解释片面，是因为在自来水中淬火发生了超差变形，其原因可能有两种，一是工件的冷却速度带进入或部分伸入了其第Ⅰ冷速区，二是工件的冷速带进入或部分伸入了其第Ⅲ冷速区。当为第一种可能时，可以首先采取第1条措施去解决,如果解决不了，可采取第2条、第3条措施，以至再采取换钢种的措施。改换成淬透性更好的钢种成本高，从生产经营和节省合金元素资源上说，都不宜首先采用。当此类工件发生变形的原因是其冷却速度带进入或部分伸入了其第Ⅲ冷速区时，除可以采用第1步骤外,还可以采取改换成碳量稍高、淬透性稍高的钢种，仍然在原自来水中淬火，同样可以解决淬火变形问题。

　　说那种解释法较片面，还可以从以下情况加以说明。当某工件在普通机油中淬火发生超差变形时，如果变形原因是工件的冷却速度带伸入了第Ⅰ冷速区，再采取那种改用淬透性更好的钢种显然会使问题更严重，而还想找比普通机油冷却更慢的介质，恐怕就只有分级淬火或空冷了。当变形原因是工件的冷却速度带进入了第Ⅲ冷速区时，解决变形问题的方法就应当是改用快速淬火油，对原用的机油做油改性添加，以及采用合适的水性淬火液。

　　综上分析，根据原淬火变形工件的冷却速度带的跨区情况，在采取前3步措施仍不能解决问题时才可考虑改换钢种，可以是改成淬透性更好的钢，也可以改用淬透性更差的钢。通常，改换钢种的同时应改换淬火介质。

　　第五条措施：改变零件结构设计

　　当采取上述四条措施仍无效后，可以考虑用这一种方法。改变零件设计的作用是可以改变零件第II区的左右分界线的位置，如减少凹、凸部的尖锐度，使第II区的左边界向左移而防止淬火变形或开裂；也可以是减小工件不同部位的厚度差使其冷却速度带变窄而完全进入第II冷速区；还有将一个复杂的零件分成几个形状简单、厚度比较均匀的零件(即变成几个冷却速度带容易完全进入第II冷速区的零件)等等……。

　　六．淬火变形问题"复杂"的原因

　　热处理界通常认为"淬火变形问题很复杂"，"解决变形问题的措施和方法时灵时不灵。即便把多项措施一起用上去，也不见得就行"。在不少地方，问题确实如此。变形问题搞得这样复杂，原因在哪里呢？

　　用本文前面提出的方法和列出的移动冷却速度带的热处理工艺参数措施，制成控制淬火变形基本措施的作用方向简表如表1。表中列出了常见热处理工艺参数变化对冷却速度带的作用方向。比如，淬火加热温度升高，通常使工件淬火硬度升高，相当于使冷却速度带左移；而降低淬火加热温度的作用相反，是使冷却速度带右移。又如，增大工件与介质的相对流速，就会使冷却速度增加，其作用就是使冷却速度带左移，而减小相对流速的作用相反，是使冷却速度带右移……等等。

　　所有表列参数的增减引起冷却速度带的变化都分左移和右移两种。由于这些参数可以用来改变工件的淬火变形，也就都是解决变形问题的措施。显然，需要同时采取几种措施来解决工件的淬火变形问题时，只能把作用方向一致的措施用上。把作用方向相反的几种措施同时用于解决一个变形问题，其结果就很难说了，或许能解决变形问题、或许无效果、也或许会使工件的变形进一步增大。过去认为变形问题很复杂，解决问题的措施不灵等，原因是不明白各措施的作用方向，也不知道如何有方向地移动工件的冷却速度带。按本文提出的分析方法，找到所解决的变形问题需要向哪个方向移动冷却速度带，再根据具体情况，由简单到复杂，由成本低到成本高地把同方向的措施加上去，直到使冷却速度带完全进入其第II冷速区，问题也就解决了。

　　七．解决淬火变形问题的途径和措施汇总表

　　在说明了解决淬火变形问题的思路、目标、措施之后，为增强理解，便于灵活应用，有必要再做一次汇总。

　　1．解决问提的途径

　　本文解决淬火变形的途径不外两类。一类是移动或收缩冷却速度带，使其完全落入该工件的第II冷速区。另一类途径是移动第II区的边界，直到把工件的冷却速度带框进去。

　　2．解决问题的措施

　　讨论过的措施可以分成三类。

　　其中，第一类措施是整体或局部移动冷却速度带的措施，主要是热处理工艺方法有关的条件和参数变化。

　　第二类措施是能移动第II区边界的措施。通过有目的和方向的移动边界，直到把工件的冷却速度带完全框进其第II冷速区中。属于这类的具体措施包括:a．改善钢的预备组织；b．控制钢的化学成分；c．改换钢种；d．消除内应力等。

　　第三类措施是可能同时起到移动冷却速度带和第II区边界的措施，主要包括改变零件设计方面的措施。这些措施有:a．减小零件上的应力集中，使I、II区分界线向左移；b．减小不同部位的厚度差，使冷却速度带变窄；c．改善零件的对称性，使II区变宽；d．做成分体式，把问题简单化。

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