零件结构的工艺优化

热处理时零件不可避免地会变形，尤其是淬火零件，变形甚至开裂的倾向较大。为避免零件的变形或开裂，零件结构的合理设计是十分重要的环节。下面介绍几种典型零件的淬火变形规律。

1）杆状零件

杆状零件淬火时主要产生弯曲变形。如果对零件硬度和精度要求不是太高，淬火弯曲可用压力机进行矫直。如果是高硬度、高精度零件，必须预先留有磨削余量，淬火后再磨到所需尺寸。留出磨削余量要恰当。太多，磨削太费工时；太少，则变形不能完全补偿。

弯曲变形是零件相对的两面冷却速度不均匀造成的。如果截面不对称，则两侧面的冷却速度不均匀程度就较大，弯曲变形也就比较严重。在设计时，要求零件截面对称。例如一面带有键槽或油槽的轴类零件，因带键槽、油槽的一面冷却较快，淬火后弯曲变形就较严重。如果设计上允许的话，把两面做出对称的键槽或油槽，淬火后弯曲变形就会小得多。

2）带孔零件

齿轮、套筒等零件都带有内孔，淬火时，内孔胀大或缩小的情况可能发生。如果内孔缩小，还可以进行磨削加工，使之达到要求的尺寸；如果胀大，超过公差要求，往往就会使零件报废。热应力使内孔缩小，组织应力则使内孔胀大。中碳钢水淬及合金钢油淬时，往往是组织应力起主导作用，结果是内孔胀大。如果零件壁厚过大（内孔小），零件淬硬层很薄，则热应力可能起主导作用，导致内孔缩小。

轴类零件淬火有时弯曲能达几毫米，甚至更大，但带孔零件淬火胀大或缩小，一般在几十微米到几百微米之间，例如中碳钢套筒水淬后，内孔胀大0．3%～0．8%。若套筒零件内有键槽，则键槽的变形取决于套筒的胀缩，套筒内孔胀大时，键槽亦胀大，内孔缩小，键槽也缩小。

3）板状零件

用做离合器的摩擦片和圆盘锯片等均属于板状零件。此类零件淬火时发生翘曲变形是不可避免的，尺寸大、厚度小的更为严重。为了减少和防止变形，这类零件常采用在压力下进行淬火的操作方法（用淬火压床或淬火夹具）。淬火后将许多零件一起夹紧进行回火，可以使翘曲变形得到进一步校正。

在回火过程中对变形零件进行矫正的效果特别明显。例如薄片零件淬火翘曲达数毫米，甚至更大时，则可在400℃左右回火校正过来。因为回火时，组织变化引起“相变弱化”。“相变弱化”就是金属发生组织转变时，其强度将出现大幅度下降而塑性增加的现象。不管是加热还是冷却，只要金属组织发生转变时，其强度将出现大幅度下降而塑性增加的现象。

此外，还可以通过设置合理的加工余量，降低零件的表面粗糙度（减小零件因切削刀痕过深，淬火时造成应力集中而形成的淬火裂纹），采用预备热处理（对形状复杂的零件，淬火前进行退火、正火，甚至调质处理）等，均可减少或避免零件的变形、开裂。但必须注意，增加热处理工序要增加成本，并且增大氧化和脱碳程度。

思考题：

1．什么是退火？退火的目的是什么？退火有哪些类型？

2．退火与正火的主要区别是什么？生产中如何选用退火和正火？

3．淬火钢回火方法有哪些？并说明各种回火方法的组织、性能及应用范围。(www.xing528.com)

4．怎样正确选用正火或退火方法来改善钢的切削性能？

5．试分析以下说法是否正确，为什么？

（1）过冷奥氏体的冷却速度越快，钢冷却后硬度越高。

（2）钢经淬火后时处于硬脆状态。

（3）钢中合金元素越多，则淬火后硬度越高。

（4）同一钢材在相同的加热条件下，水淬比油淬的淬透性好，小件比大件的淬透性好。

6．什么是钢的淬透性？影响淬透性的主要原因有哪些？

7．什么是表面淬火？为什么能淬硬表面层，而心部组织不变？它和淬火时没有淬透有什么不同？

8．淬硬性与淬透性有什么不同？决定淬硬性与淬透性的因素是什么？试比较T8和20CrMnTi钢的淬硬性与淬透性。

9．简述激光热处理与普通热处理相比各有什么优缺点？

10．现有三种形状、尺寸、材质（低碳钢）完全相同的齿轮，分别进行整体淬火、渗碳淬火和高频感应加热淬火，试用最简单的办法将其区分开来。

11．某拖拉机上的连杆是用40钢制成，其工艺路线如下：锻造→正火→切削加工→调质→精加工，最后要求：硬度为217～241 HBW。试说明各热处理的目的及其组织变化情况，并确定其加热温度和冷却方式。

12．图为T8钢（共析钢）奥氏体化后等温转变“C”曲线及五种冷却曲线，说明用图中五种冷却方式所对应的热处理名称、所得组织、相对性能特点。

第12题图