東莞市弘超模具科技有限公司實踐證明，化學熱處理工件的表面和心部成分和組織不同，具有不同的比體積和不同的奧氏體等溫轉變曲線，因此，其熱處理變形的特點和規律不同于一般工件?；瘜W熱處理的目的是為了強化模具零件的表面或改善工件表面的物理性能和化學性能，例如，提高模具鋼工件的表面硬度、耐磨性和疲勞強度等，改善工件表面的抗氧化性、耐腐蝕性等。化學熱處理層深有限，為了發揮滲層的有利作用，工件經過化學熱處理后，只允許進行加工余量不大的磨削加工或不再進行機械加工，相對于一般工件，化學熱處理工件的變形要求比較嚴格，研究和掌握化學熱處理工件的變形規律和預防方法是熱處理實踐中的重要內容。

模具鋼材的化學熱處理可以分為兩類：一類在高溫奧氏體狀態下進行，熱處理過程中有相變發生，工件變形較大，最常用的高溫化學熱處理工藝是滲碳；另一類在低溫鐵素體狀態下進行，熱處理過程中除因素滲入元素進入滲層形成新相外，不發生相變，工件變形較小，滲氮是最常用的低溫化學熱處理工藝。

滲碳工件通常用低碳鋼和低碳合金鋼制造，其原始組織為鐵素體和少量珠光體，根據工件的服役要求，工件經過滲碳后需要進行直接淬火、緩冷重新加熱淬火或二次淬火。滲碳工件在滲碳后緩冷和滲碳淬火過程中由于組織應力和熱應力的作用而發生變形，其變形的大小和變形規律取決于滲碳鋼的化學成分、滲碳層深度、工件的幾何形狀和尺寸以及滲碳和滲碳后的熱處理工藝參數等因素。

工件按其長度、寬度、高度（厚度）的相對尺寸可以分為細長件、平面件和立方體件。細長件的長度遠大于其橫截面尺寸，平面件的長度和寬度遠大于其高度（厚度），立方體件三個方向的尺寸相差不大。最大熱處理內應力一般總是產生在最大尺寸方向上。若將該方向稱為主導應力方向，則低碳鋼和低碳合金鋼制造的工件，滲碳后緩冷或空冷心部形成鐵素體和珠光體時，一般沿主導應力方向表現為收縮變形，收縮變形率約為0.08%～0.14%。鋼的合金元素含量增加、工件的截面尺寸減小時，變形率也隨之減小，甚至出現脹大變形。圖1為20鋼制造的量規，經過氣體滲碳后（滲碳層濃度1.0㎜），長度方向收縮0.26㎜；圖2為20CrMo鋼制造的輔具，經過920～940℃固體滲碳緩冷后（滲碳層深度約1.0㎜），孔距252㎜收縮變形量為0.12～0.14㎜。

截面厚度差別較大形狀不對稱的細長桿件，滲碳空冷后易產生彎曲變形。彎曲變形的方向取決于材料。低碳鋼滲碳工件冷卻快的薄鞭面一側多為凹面；而12CrNi3A、18CrMnTi等合金元素較高的低碳合金鋼滲碳工件，冷卻快的薄截面一側往往為凸面。例：滲碳的導磨鑲條，用15鋼制造，經過滲碳空冷后，工件向冷卻快的兩條薄筋面一側彎曲，用12CrNi3A鋼制造時，則向相反一側彎曲。

低碳鋼和低碳合金鋼制造的工件經過920～940℃溫度下滲碳后，滲碳層碳的質量分數增加至0.6%～1.0%，滲碳層的高碳奧氏體在空冷或緩冷時要過冷至Ar1以下溫度（600℃左右）才開始向珠光體轉變，而心部的低碳奧氏體在900℃左右即開始向珠光體轉變，而心部的低碳奧氏體過冷至Ar1溫度以下也發生共析成分的滲碳層未發生相變，高碳奧氏體只隨著溫度的降低而發生熱收縮，www.syfukang.com與此同時，心部低碳奧氏體卻因鐵素體的析出比體積增大而發生膨脹，結果心部受壓縮應力，滲碳層則受拉伸應力。由于心部發生γ→α轉變時，相變應力的作用使其屈服強度降低，導致心部發生壓縮塑性變形。低碳合金鋼強度較高，相同條件下心部的壓縮塑性變形量較小。形狀不對稱的滲碳工件空冷時，冷卻快的一側奧氏體線長度收縮量大于冷卻慢的一側，因而產生彎曲應力，當彎曲內應力，當彎曲內應力大于冷卻慢的一側的屈服強度時，則工件向冷卻快的一側彎曲。對于合金元素含量較高的低碳合金鋼，滲碳后表層具有較高、組織比體積較大的新相，而另一側因冷卻較慢形成的新相硬度較低，故出現相反的彎曲變形。

滲碳工件的淬火變形規律可以用相同的方法分析。滲碳件的淬火溫度通常為800～820℃，淬火時滲碳層的高碳奧氏體從淬火溫度冷卻至Ms點溫度區間內將發生明顯的熱收縮；而同時心部低碳奧氏體轉變為鐵素體和珠光體、低碳貝氏體或低碳馬氏體。不論轉變為何種組織，心部都因組織比體積的增大而發生體積膨脹，結果在滲碳層與心部產生較大的內應力。東莞市弘超模具科技有限公司研究表明，未淬透的情況下，由于心部的相變產物為屈服強度較低的鐵素體和珠光體，因而心部在滲碳層熱收縮的壓縮應力作用下，沿主導應力方向產生收縮變形；當心部的相變產物為強度較高的低碳貝氏體和低碳馬氏體時，表層高碳奧氏體則在心部脹應力作用下產生塑性變形，結果沿主導應力方向而脹大。

隨著滲碳鋼碳含量和合金元素含量的增加，滲碳件淬火后心部硬度升高，主導應力方向脹大傾向增大。根據滲碳工件主導應力方向的變形率隨心部硬度的變化曲線可知，當心部硬度為28～32HRC時，滲碳工件的淬火變形很小。隨著心部硬度的升高，脹大變形傾向增大。很明顯，提高淬火加熱溫度，選用劇烈的淬火冷卻介質，提高滲碳鋼的淬透性等凡導致滲碳工件心部硬度升高的因素，都會增大滲碳工件沿主導應力方向的脹大傾向。

殷漢奇研究了20CrMnTi鋼和20CrMo鋼制造的七種花鍵孔齒輪經過碳氮共滲淬火回火后的變形規律，發現花鍵孔產生了收縮變形，收縮的大小與心部硬度和鋼的碳含量有關，碳含量偏下限的收縮變形量較小，心部硬度超過40HRC時，變形量顯著增大。

更多信息
請直接與東莞市弘超模具科技有限公司服務人員聯絡（熱線電話：400-699-1286），以獲得更多的有關化學熱處理工件的變形以及模具鋼材的選擇、應用、熱處理及庫存等相關資料。
文章來源：東莞市弘超模具科技有限公司 技術中心
『版權所有，轉載或引用請注明鏈接和出處』