工件淬火彎曲研究

孫 亮

(中國一重核電生產(chǎn)部，161042)

1 淬火彎曲的表現(xiàn)方式

淬火彎曲是因先冷的一側(cè)呈現(xiàn)凸形，后冷的一側(cè)呈凹形的結(jié)果。因?yàn)榇慊鹣壤涞囊粋?cè)是淬透硬化的一側(cè)，所以這一側(cè)就成為凸形。與此相反，下垂彎曲是按原來彎曲的形狀顯示出來的。淬火彎曲的表現(xiàn)方式如圖1所示。

圖1 淬火彎曲的表現(xiàn)方式Figure 1 The mode of quench bending

2 冷卻方法對淬火彎曲的影響

淬火彎曲是由冷卻不均勻引起的。同樣，若使加熱的零件不均勻的冷卻，則先冷卻的一側(cè)就成為凸形。在淬火的一瞬間，先冷卻的一側(cè)呈凹形，而當(dāng)整個零件全體冷卻后它又反過來成為凸形。圖1淬火彎曲的表現(xiàn)方式表示出了這種關(guān)系。在先冷卻一側(cè)和緩慢冷卻一側(cè)有溫度差時，會發(fā)生這種逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象，而形不成這種溫差的薄壁零件，就沒有這種逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象，先冷卻一側(cè)一直保持這種凹形不變。出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象必須有某種程度的壁厚才行，壁厚約為15～20 mm以上的零件才出現(xiàn)這種逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

總之，一般的淬火零件都屬于這種情況，至于說為什么快速冷卻的一側(cè)成凸形，那是因?yàn)橄壤鋮s的一側(cè)收縮，使緩慢冷卻的一側(cè)也受到壓縮。由于這個原因，緩慢冷卻的一側(cè)比在該溫度下應(yīng)當(dāng)有的長度縮短了。在這種狀態(tài)下，待整個零件冷卻下來后，先冷卻的一側(cè)凸出來，而緩慢冷卻的一側(cè)卻凹進(jìn)去。

當(dāng)不是整個零件加熱，而僅是一面加熱時，若只將此面快速冷卻，被加熱的那面會變成凹形，由于是一面加熱，所以不管這一面如何快速冷卻，也比未加熱的那面冷卻的慢，未加熱那面等于以無限大的速度冷卻，因此，冷卻的快，從而使未加熱面凸起來。換言之，快速冷卻的一面成為凸形。利用這種原理的加熱稱為線狀加熱，它是使厚鋼板彎曲的方法，即用氧-乙炔焰噴嘴僅在厚板上面以線條狀快速加熱，加熱后再用流水冷卻，這樣鋼板便沿著直線的方向翹成直角。

也就是說，這樣的加熱方法必然得到彎曲。不言而喻，這種加熱必須在臨界溫度以下才行。如果弄成淬火那就不好了，若加熱溫度控制不好，成為淬火，結(jié)果是馬氏體的膨脹抑制了鋼板的翹曲，則得不到上述的結(jié)果。

軋制設(shè)備中飛剪及擺式剪剪刃，利用淬火的翹曲，雖然整體加熱后水冷，但因刃部相對較薄，刀背厚，冷卻不均勻，所以快速冷卻的刃部凸出來，刀背凹下面發(fā)生翹曲。再加上淬火中馬氏體的膨脹，翹曲就更大。

3 如何預(yù)防淬火彎曲

首先，要把淬火零件內(nèi)部潛伏的殘余應(yīng)力消除掉，由于機(jī)械加工而產(chǎn)生的加工應(yīng)力，需要用消除應(yīng)力退火法(500～650℃緩慢冷卻)將其消除。其次，為防止零件因自重下垂而發(fā)生變形，要注意零件在爐內(nèi)的放置方法，嚴(yán)格執(zhí)行垂直吊掛法；當(dāng)水平放置時，支撐點(diǎn)的跨度要小于熱處理件直徑的3倍。然而，不管怎么說，防止淬火彎曲的關(guān)鍵在于均勻冷卻。在冷卻方法中，噴液冷卻及噴水冷卻中的快速冷卻比浸漬冷卻更有效。

最后，必須注意使淬火時冷卻均勻，其中要想辦法使冷卻液充分?jǐn)嚢?，或使零件的四周受到噴射冷卻，最要緊的是在單面加熱和冷卻時，使非加熱面低溫加熱，使加熱面的快速冷卻和未加熱面的冷卻速度平衡。

即使用同樣的方法冷卻，冷卻速度越快越容易造成冷卻不均勻，從而容易引起淬火彎曲，也就是水淬的淬火彎曲最大，其次按順序是油淬、熱浴淬火、空氣冷卻，其中空氣冷卻的淬火彎曲最小，這是因?yàn)榱慵跉怏w中冷卻比在液體中冷卻容易均勻，所以彎曲變形小。

作為淬火彎曲小的淬火方法，模壓淬火是有效的，模壓淬火機(jī)(齒輪淬火用)及液壓淬火設(shè)備在淬火生產(chǎn)現(xiàn)場得到了有效使用。

4 結(jié)束語

充分了解工件淬火彎曲的成因，采用有效措施預(yù)防，對工件的使用和精度有著重大的影響。