模具鋼材工件淬火前的原始組織，例如，碳化物的形態、大小、數量分布，合金元素的偏析，鍛造和軋制形成的纖維方向都對工件的熱處理變形有一定影響。球狀珠光體比片狀珠光體比體積大，強度高，所以經過預先球化處理的模具鋼材工件淬火變形相對要小。東莞市弘超模具科技有限公司實踐證明，對于一些高碳合金工具鋼，例如，9Mn2V、CrWMn和GCr15鋼的球化等級對其熱處理變形開裂和淬火后變形的校正有很大影響，通常以2.5～5級的球化組織為宜。調質處理不僅使模具鋼材工件變形量的絕對值減小，并使工件的淬火變形更有規律，從而有利于對變形的控制。

東莞市弘超模具科技有限公司研究表明，條狀碳化物分布對模具鋼材工件的熱處理變形有很大影響。淬火后平行于碳化物條帶方向工件膨脹，與碳化物條帶相垂直的方向則收縮，碳化物顆粒愈粗大，條帶方向的膨脹愈大。對于Cr12類型鋼和高速鋼等萊氏體鋼來說，碳化物的形態和分布對淬火變形的影響尤為顯著。由于碳化物的熱膨脹系數小，約為基體的70%。因而在加熱時，http://www.syfukang.com沿條帶狀分布的碳化物方向上，膨脹較小的碳化抑制了基體的伸長，而冷卻時，收縮較小的碳化物又會阻礙基體的收縮。由于奧氏體化加熱溫度較緩慢，碳化物對基體膨脹的抑制作用較弱，故條帶狀分布的碳化物對工件淬火加熱變形的方向性影響較小；但在淬火冷卻時，由于冷卻速度快，碳化物對基體收縮的抑制作用增大，所以淬火后沿碳化物條帶方向呈較大的伸長。

經過軋制和鍛造的材料，沿不同的纖維方向表現出不同的熱處理變形行為。根據碳的質量分數0.13%的碳素鋼試樣沿纖維方向（縱向）和垂直于纖維方向（橫向）水淬后的尺寸變化漲可知。纖維方向不明顯的正火態試樣沿縱、橫方向的尺寸變化差別較小；而退火態試樣，有明顯帶狀組織存在時，沿纖維方向和垂直于纖維方向的尺寸變化則顯著不同。經不同鍛造比鍛造的Cr12型鋼材，沿不同方向取樣淬火處理后，測定的尺寸變化率隨鍛造比的變化。結果表明，鍛造比較大，纖維方向明顯時，沿纖維方向明顯時，沿纖維方向的縱向試樣尺寸變化率大于垂直于纖維方向的橫向試樣的尺寸變化率。

過共析鋼存在網狀碳化物時，在網狀碳化物附近，碳和合金元素大量富集，在離網狀碳化物較遠的部位，碳和合金元素較低，結果增大了淬火組織應力，使淬火變形增大甚至開裂。因此，過共析鋼的網狀碳化物必須通過恰當的預先熱處理予以消除。

另外，鋼錠的宏觀偏析常造成鋼材橫截面上的方形偏析，這種偏析往往造成圓盤狀零件的不均勻淬火變形。總之，工件的原始組織愈均勻，熱處理變形愈小，變形愈有規律，愈易于控制。

東莞弘超研發中心研究表明，淬火前工件本身的應力狀態對變形有重要影響。特別是形狀復雜，經過大進給量切削加工的工件，其殘余應力若未經消除，對淬火變形有很大影響。用W18Cr4V鋼制造的錐柄鉆頭，尺寸為φ50mm×350mm，淬火前經550～600℃×2h去應力退火處理，其淬火后變形降低到0.15～0.25mm。例如消除應力處理對滲氮鏜桿變形的影響，鏜桿尺寸為φ75mm×1930mm，一組鏜桿進行兩次消除應力處理，即第一次消除應力后進行精加工，然后再進行第二次消除應力處理；另一組鏜桿切削加工后只進行一次消除應力處理應力處理，然后將兩組鏜桿滲氮，分別測量500mm長度內的變形量，結果如表1所示。

表1  消除應力處理對鏜桿滲氮變形的影響
序號 消除應力次數 消除應力工藝參數 彎曲變形/mm
  設備 加熱溫度/℃ 加熱時間/min 保溫時間/h 冷卻時間/h 頭部 中間 尾部
1 1 鹽浴爐 630 40～45 4 3～4 0.045 0.075 0.05
 2 鹽浴爐 600 40～50 4 3～4  
2 1 鹽浴爐 620 40～50 5 3～4 0.18 0.06 0.13
3 1 鹽浴爐 620 40～50 8 3～4 0.08 0.07 0.11

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資料來源：東莞市弘超模具科技有限公司 研發中心
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