1.翘曲变形的一般规律

单一热应力引起变形的一般规律如下：淬火热应力引起的变形，往往使圆柱形工件趋向“腰鼓”形状，即直径胀大而长度缩小。淬火冷却时，工件从高温进行急剧冷却时，由于表面层比内部冷却快，表面发生急剧收缩，使内部产生压应力。与此相对，表面层承受拉应力。当应力值超过高温屈服强度时，就会发生塑性变形。由于棱角的冷却比表面的心部冷却快，则表面的心部胀大得多，即表面的心部向外凸起，使整体成类似腰鼓形。在继续冷却过程中，内部收缩时，受到已冷的外部牵制作用，使内部受拉应力，而外部受压应力，即发生应力反转。最终所发生的变形趋向表面面积缩小，即趋向于形成球形。

直径大于厚度的圆盘件，厚度增加而直径减小；长度大于直径的圆柱件，长度减小而直径增加。在多次反复加热的条件下，热应力的影响使圆柱形件变成腰鼓状，立方体变成球状。

未穿透淬火时，这种变形的大小取决于内应力与屈服强度之间的关系。高温强度越高的钢，其变形越小。

产生这种变形的主要原因是热应力造成的，因此，与下列因素密切相关：

1）冷却速度越快，变形越大。

2）淬火加热温度越高，变形越大。

3）工件截面尺寸越大，变形越大。

4）钢的导热性越好，变形越大。

奥氏体不锈钢和高锰钢等不发生相变的钢种热处理时，都会发生这种变形。

淬火单一组织应力引起的变形规律是：立方体件的各面倾向于凹入变形；长的圆柱体直径缩小，长度增加；圆盘形件直径增加，厚度减小。在淬火冷却初期，表面层首先发生马氏体转变，使其体积膨胀。但受内部的牵制作用，表面呈压应力、内部呈拉应力状态。这样致使表面收缩，而棱角冷却快，膨胀后被固定，最终各面呈现凹陷形。在进一步冷却时，内部也发生马氏体转变，并向外膨胀，但表面层已固定，使表面呈拉应力状态。

热应力和组织应力综合作用下的变形规律是：在实际生产中，热处理时一般都是既有热应力，也有组织应力及组织不均造成的附加应力等。因此，在这种情况下对变形的影响十分复杂。在多种复杂应力作用下，究竟产生怎样的变形，与钢的淬透性和马氏体转变开始温度（Ms点）有很大关系。但对于一定成分的钢，将受淬火加热温度的影响很大，因为淬火加热温度高低决定其高温奥氏体中的碳含量和合金元素含量、Ms点，以及热应力的大小等。(www.daowen.com)

图4-53 高淬透性钢穿透淬火时内应力的变化情况

图4-53所示为高淬透性钢穿透淬火时内应力的变化情况。对于高碳钢来说，由于Ms点低，屈服强度高，一般呈热应力型的变形，即趋于球形化。对于一般结构钢来说，其Ms点较高，屈服强度较低，如果淬透性越好，则组织应力的影响越大。因此，其变形往往是组织应力和热应力综合作用的结果，最后产生以组织应力影响为主的变形。

2.体积变形的一般规律

体积变形是由于相变过程其比体积变化引起的。然而，比体积的大小与钢的碳含量有关。钢中碳含量越多，马氏体体积变化越大。另外，钢中碳化物分布得不均匀，往往也增加变形程度。

3.时效变形的一般规律

钢的时效变形主要是由于淬火组织和应力状态趋于稳定化所引起的。然而，钢的淬火组织和应力状态又取决于淬火冷却速度和回火温度等。

1）在水中淬火冷却的中碳钢和高碳钢，时效变形均呈现收缩倾向。

2）对于有二次硬化效应的高合金钢，如高速钢和高铬钢等，在550～600℃温度回火后，残留奥氏体仍进一步分解成回火马氏体，从而引起体积膨胀。

3）对于时效硬化钢而言，主要是借助微粒质点的析出硬化，所以时效变形总是收缩的，冷处理将导致体积收缩的时效变形。