为使零件在规定时间内达到处理温度,必须考虑热应力及组织应力的影响,注意工件断面的过渡部分、凹柄和缺口等薄弱部位。为了避免产生裂纹和畸变,应严格控制加热过程,尤其是当工件尺寸差大、加热速度快、形状复杂、加热温度高时,更应进行一次或多次预热和分级加热来防止缺陷。
1.加热温度
一般情况下,热处理温度是根据材料的成分确定的,但温度与加热速度、保温时间在一定的范围内是相互联系的:加热速度越快,奥氏体化温度越高;奥氏体化温度越高,需要的奥氏体化时间越短;化学扩散热处理扩散时,温度越高,扩散深度越大。所以淬火时应注意控制热处理温度。
碳素钢、低合金钢和中合金钢快速加热时均无产生裂纹的危险,这是由于激热使工件表面温度升高而膨胀,而冷的心部给表面以压应力,表面因温度升高而软化,可以通过塑性变形松弛应力。快速加热可以减少氧化脱碳现象。降低能耗,提高生产效率,并且对防止工件的淬火变形和开裂起到良好作用。但对于形状复杂、变形要求严格的工件来说,快速加热不但不能快速加热,甚至要求采取预热。
高碳高合金钢的塑性及导热性差,若加热速度过快,则工件内层温度低,而表面已奥氏体化,比体积迅速变小,受拉应力作用,当拉应力大于材料抗拉强度时,就会在工件表面产生裂纹。因此,这类钢应降低加热速度,并采取中间预热措施,如高速工具钢和高铬钢采用一次或二次预热(550~650℃或800~850℃),然后高温加热。
当铸铁的含磷量较高时,奥氏体温度只有在950℃以上才能起作用(磷化物共晶体)。对于高速工具钢,允许局部开始奥氏体化的温度与高速工具钢凝固点的温差不大,过热产生的缺陷虽不可能再增大,但对其使用性能的影响较明显。增碳和自然碳化时的热处理温度主要取决于碳的固溶能力。回火时应提防在350~500℃范围内可能产生的回火脆性。(www.daowen.com)
2.保温时间
保温时间应遵循组织变化或表层成分变化所必需的周期,应按钢材的原始状态确定其最短周期,保温时间太长和太短同样都有缺点。保温时间太短,组织转变不充分;保温时间太长,会导致奥氏体晶粒长大。化学热处理扩散时间应根据所需要的硬化层深度而定。
3.加热介质
热处理零件的淬火裂纹及表面质量的好坏与加热介质有很大关系。除对表面渗碳、渗氮等化学热处理外,在其他热处理方法中均不希望有如氧化、氮化、增碳、脱碳等反应,一般可采取措施加以避免或减少,如采用真空及保护气体或惰性气体等来解决。实践证明,最不易发生淬裂的加热炉是真空炉,其次是保护气氛炉、盐浴炉,同时真空炉也是最不易发生氧化脱碳的热处理炉。
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