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淺談熱處理變形的一般規(guī)律和微觀機(jī)理一．關(guān)于鐵碳合金相圖與CCT冷卻曲線（1）從某種意義上講，鐵碳合金相圖是研究鐵碳合金的工具，是研究碳鋼和鑄鐵成分、溫度、組織和性能之間關(guān)系的理論基礎(chǔ)，也是制定各種熱加工工藝的依據(jù)。（2）CCT(ContinuousCoolingTransformation)曲線反映了在連續(xù)冷卻條件下過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變規(guī)律，是分析轉(zhuǎn)變產(chǎn)物組織與性能的依據(jù)，也是制訂熱處理工藝的重要參考資料。二．構(gòu)建熱處理變形的物理（數(shù)學(xué)）模型通常非專業(yè)性資料介紹認(rèn)為，熱處理變形目前尚無物理或數(shù)學(xué)模型。實(shí)際上通過靜力學(xué)，幾學(xué)，物理學(xué)三個(gè)方面的知識(shí)還是可以建立起一套完整的數(shù)學(xué)方程。首先通過靜力平衡分析建立平衡方程以聯(lián)系應(yīng)力，體力（重力和慣性力）和面力之間的關(guān)系；然后根據(jù)物體內(nèi)任意兩點(diǎn)形變后既不分離也不相互重疊的性質(zhì)，可以建立連續(xù)性方程（協(xié)調(diào)方程），從而把應(yīng)變，位移和邊界位移之間的關(guān)系聯(lián)系起來；最后通過虎克定律（假定彈性體；塑性變形則需通過廣義虎克定律，利用正彈性模數(shù)E，切彈性模數(shù)G，泊松系數(shù)γ；塑性變形可分三個(gè)階段，應(yīng)力應(yīng)變曲線大體呈拋物狀）來聯(lián)系應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系。值得注意的是應(yīng)力（σ）在物理學(xué)上來說是一種面積力，在一般情況下，作用在物體內(nèi)部任一小面元的應(yīng)力沿X，Y，Z坐標(biāo)軸可分解為三個(gè)應(yīng)力分量即一個(gè)正應(yīng)力和兩個(gè)剪應(yīng)力。正應(yīng)力和切應(yīng)力在金屬塑性變形和斷裂過程中的作用是不同的：正應(yīng)力一般是導(dǎo)致脆性斷裂，切應(yīng)力引起塑性變形和導(dǎo)致韌性斷裂。用數(shù)學(xué)表達(dá)式上來說，應(yīng)力是個(gè)張量，需用矩陣表達(dá)式來表示，即如艾雷Airy應(yīng)力數(shù)Q(x,y)，空間取向較二維矢量（向量）更為復(fù)雜?？梢宰C明：任一雙調(diào)和函數(shù)都可作為應(yīng)力函數(shù)。應(yīng)力在數(shù)學(xué)上也可用應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)а表達(dá)，а也是標(biāo)示應(yīng)力狀態(tài)的方法。測(cè)定應(yīng)力的方法有：機(jī)械法，電阻法，光彈性復(fù)膜法，脆性涂料法，聲學(xué)法，X射線法（照相法，衍射儀法）。應(yīng)力測(cè)定儀在測(cè)定大型零件或結(jié)構(gòu)件在動(dòng)態(tài)過程中各瞬時(shí)內(nèi)的應(yīng)力分布情況，還有困難。在工廠生產(chǎn)實(shí)踐甚至科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，限于各種技術(shù)條件，建立邊界條件方程即把外加應(yīng)力和物體內(nèi)部的應(yīng)力聯(lián)系起來也比較困難。三．熱處理變形規(guī)律與經(jīng)驗(yàn)公式熱處理是一門理論性，實(shí)踐性都很強(qiáng)的學(xué)科，理論上的難度并未阻擋熱處理工作者探索熱處理變形規(guī)律的步伐，在長期的生產(chǎn)實(shí)踐中，熱處理工程師們總結(jié)了很多規(guī)律性的經(jīng)驗(yàn)?！稘B碳齒輪熱處理變形的影響因素及控制方法》即從六個(gè)方面詳述了熱處理變形的一般規(guī)律，可資參考與借鑒，值得好好學(xué)習(xí)！其中第18/19頁《變形規(guī)律的數(shù)理統(tǒng)計(jì)及加工量留》更是凝結(jié)了作者的心得，也為我們指明了解決熱處理變形的工作方法。需要注意的是變形數(shù)據(jù)的正態(tài)分布值每個(gè)工件的性能指標(biāo)中心值X與標(biāo)準(zhǔn)差S不會(huì)相同，需要從實(shí)驗(yàn)中去提取。大的薄壁件或空心長軸件的熱處理變形控制是難點(diǎn)，其微觀機(jī)理即為在兩向拉伸的平面應(yīng)力狀態(tài)，有兩個(gè)主應(yīng)力和三個(gè)主應(yīng)變。也有些資料從五個(gè)方面26種因素77個(gè)子因素或從七個(gè)方面38個(gè)子因素展開介紹，這些都可從網(wǎng)上查詢，在此不作詳述。下面與大家分享一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)與心得：（1）齒輪變形（方向/變化量）：頂圓和公法線都會(huì)漲大，螺旋角會(huì)偏大的趨勢(shì)---變化量與零件大小結(jié)構(gòu)等諸多因素有關(guān)，根據(jù)成組技術(shù)，利用相似相同原理，通用工件大多在0.1mm左右，越小越好。（2）齒輪變形方向（方向/變化量）：花鍵孔會(huì)收縮---變化量與零件大小結(jié)構(gòu)等諸多因素有關(guān)，通用工件大多在0.05mm左右 。備注：關(guān)于第工一項(xiàng)，第二項(xiàng)，有時(shí)也有反規(guī)律的情況出現(xiàn)，這就需要具體問題具體分析。理解上可認(rèn)為馬氏體的體積要比珠光體大,比奧氏體更大，當(dāng)奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí),體積會(huì)發(fā)生膨脹,最大約4%.體積的這一變化不可能在鋼體表里層之間,各晶粒之間,甚至一晶粒內(nèi)各部分之間同時(shí)均勻地進(jìn)行.這樣,由組織轉(zhuǎn)變而引起體積變化的不均勻性,會(huì)在鋼體內(nèi)部造成很大的應(yīng)力(組織應(yīng)力).這一應(yīng)力足以使塑性很差的鋼,特別是含碳量大于0.35%的鋼,在室溫停放過程中變形和開裂。（3）軸類變形，圓跳動(dòng)變形不可太大，通過熱后校直可以達(dá)到0.05mm甚至0.03mm（4）盤類零件與油面垂直，軸類零件立裝（盤狀面積不大也可立裝，短軸也可橫裝）----目的使工件加熱冷卻均勻，以減少熱應(yīng)力不均，組織應(yīng)力不均（5）齒輪材料冶金因素對(duì)變形的影響試驗(yàn)表明，鋼的淬透性越高，變形越大（6）油性介質(zhì)相對(duì)水性介質(zhì)淬火后的變形量要相對(duì)小----油性介質(zhì)的冷卻速度較慢，而水性介質(zhì)的冷卻速度則相對(duì)快一些（7）預(yù)備熱處理對(duì)齒輪變形的影響正火硬度高、混晶、大量索氏體或魏氏組織都會(huì)使內(nèi)孔變形增大，所以要用控溫正火或等溫退火來處理鍛件（8）合理地設(shè)計(jì)---斷面尺寸均勻，圓角過渡四．結(jié)合具體產(chǎn)品的指導(dǎo)意義前面提過從理論上來說熱處理變形均勻性很小的情況之下通過移動(dòng)公差帶的方法可以減少熱后精加工的工序，預(yù)留加工量的方法其實(shí)與這個(gè)思路是一致的，只是更為安全的考慮：對(duì)于外圓來說，熱后成品參數(shù)的下限值-熱處理變形的最小量即是熱前參數(shù)的下限值；對(duì)于內(nèi)孔來說，熱后成品參數(shù)的上限值-熱處理變形的最大量即是熱前參數(shù)的上限值；工廠生產(chǎn)實(shí)踐中出于保險(xiǎn)目的，這個(gè)值因?yàn)橛泻蠹庸み€會(huì)修訂為內(nèi)孔略為偏小或外圓略為偏大以策安全。齒輪加工工藝路線熱后都有硬車，強(qiáng)力珩或磨齒工序，熱處理變形控制仍需注意，特別是薄壁件的變形或空心軸的熱后跳動(dòng)，要保證在工藝規(guī)定的范圍內(nèi)，熱處理工藝參數(shù)溫度，時(shí)間，碳勢(shì)，工裝，冷卻介質(zhì)，甲醇流量，氮?dú)饬髁?，丙酮流量等等，需要我們認(rèn)真仔細(xì)對(duì)待。通過成組技術(shù)，利用相似相同原理，比對(duì)相同或相類似已試產(chǎn)或量產(chǎn)的產(chǎn)品的工藝數(shù)，結(jié)合熱處理基本原理（鐵碳合金相圖與冷卻C曲線），初步確認(rèn)熱處理工藝參數(shù)，在試產(chǎn)中再調(diào)整至最佳。熱處理工藝不僅要保證硬度，滲層，金相組織符合要求（間接保證工件的機(jī)械性能，力學(xué)能），而且要保證工件的變形盡可能地減小，主要是齒輪熱后的各項(xiàng)參數(shù)要符合求，必須在公差范圍之內(nèi)。為此要檢查熱前公差，熱后公差是否合理，必要時(shí)要進(jìn)行冷熱加工技術(shù)協(xié)調(diào)，對(duì)機(jī)加工工藝參數(shù)提出修訂意見或建議。從某種意義上來說，通過移動(dòng)公差帶或預(yù)留加工量的方法來控制工件的最終產(chǎn)品尺寸，有些項(xiàng)目的熱處理變形量大并不可怕，最讓人擔(dān)心的是變形的不均勻性。新技術(shù)新工藝新設(shè)備正是通過改善熱處理工藝過程參數(shù)的精度和均勻性來保證變形的均勻性，這就需要我們加強(qiáng)學(xué)習(xí)，了解熱處理技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，掌握新技術(shù)新工藝，采用新設(shè)備，以保證產(chǎn)品量。end
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