對熱處理過程中變形、開裂問題的探討-畢業(yè)設(shè)計學(xué)位論文范文模板參考資料

1、 專科生畢業(yè)設(shè)計論文題 目：對熱處理過程中變形、開裂問題的探討2011年 5 月 01 日摘 要在熱處理過程中變形與開裂是常見而又較難解決的問題 。對熱處理變形的規(guī)律的復(fù)雜性我們還沒有徹底的認(rèn)識和掌握。論文分析了熱處理變形、開裂的原因，影響變形的因素以及減小熱處理變形、防止開裂的一系列技術(shù)措施。關(guān)鍵詞：熱處理；變形；開裂；熱應(yīng)力；組織應(yīng)力目 錄引言.1第一章 熱處理變形、開裂的原因.2.21.2 組織應(yīng)力及其引起的變形.2第二章 影響變形、開裂的因素.4.4.4.4.4.4第三章 減小變形、防止開裂的措施.5.5.5.5防止尖角、尖棱.5 防止厚薄懸殊.5 采用封閉、對稱結(jié)構(gòu).5 采用組合結(jié)構(gòu)

2、.63.4 采用合理的熱處理工藝.6采用一次或?qū)掖晤A(yù)熱.6 采用分級淬火或等溫淬火.6 長軸類零件，垂直淬入，上下移動.6.63.6 合理安排工藝路線.73.9 修改技術(shù)條件.7.73.8 按變形頻率調(diào)節(jié)加工尺寸.7第四章 結(jié)論.9參考文獻.10引言變形是指零件在熱處理時引起的形狀和尺寸的偏差。變形是熱處理較難解決的問題，要完全不變形是不可能的，一般是把變形量控制在一定范圍內(nèi)。超過變形量時，只能用校正法校正。開裂是絕對要防止的，因為開裂零件無法挽救，只能報廢，這既浪費了材料與加工費用，有影響了生產(chǎn)，給國家造成損失。因此，分析研究金屬熱處理變形、開裂的原因，掌握其規(guī)律性，并找出減小變形、防止開裂

3、的技術(shù)措施，具有十分重要的意義。 第一章 熱處理變形、開裂的原因工件的變形包括尺寸變化和形狀變化兩種。不管哪種變形，主要都是由于熱處理時，工件內(nèi)部產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力所造成的根據(jù)內(nèi)應(yīng)力的形成原因不同，可分為熱應(yīng)力與組織應(yīng)力。工件的變形就是這兩種應(yīng)力綜合影響的結(jié)果，當(dāng)應(yīng)力大于材料的屈服極限時，就會發(fā)生永久變形，如果大于材料的強度 ，工件就會開裂。下面對兩種應(yīng)力引起的變形分別加以研究。 熱應(yīng)力及其引起的變形由于加熱或冷卻不均勻使零件表里存在溫差因而造成熱脹冷縮的不一致，由此而產(chǎn)生熱應(yīng)力。急冷熱應(yīng)力有兩個特點：1是零件外表產(chǎn)生壓力，心部產(chǎn)生熱效應(yīng)。2大型軸類零件心部的軸向參與拉應(yīng)力特別大。對工件的影響：大型

4、軸類零件如軋輥，因冷卻后軸向參與拉應(yīng)力很大，再加上心部往往存在氣孔、夾雜、鍛造裂紋等缺陷，故容易造成橫向開裂。對于形狀簡單的小軸零件，新產(chǎn)生的外表壓應(yīng)力可提高其抗疲勞能力。實踐證明，熱應(yīng)力引起工件變形的特點是和物體內(nèi)部受到高的流體靜壓力作用的結(jié)果相似，它使平面變成凸面，直角變成鈍角，長的方向變短，短的方向變長。一句話，使零件趨向球形參看圖1-1(a)所示。1.2 組織應(yīng)力及其引起的變形由于奧氏體及其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的比容不同以及工件的外表、心部各局部之間組織轉(zhuǎn)變的時間不同所造成的內(nèi)應(yīng)力稱為組織應(yīng)力。奧氏體的比容最小、馬氏體的比容最大，故鋼淬火時發(fā)生體積膨脹，產(chǎn)生組織應(yīng)力。組織應(yīng)力有兩個特點：1工件外表

5、受拉應(yīng)力，心部受壓應(yīng)力。2靠近外表層，切向拉應(yīng)力大于軸向拉應(yīng)力。組織應(yīng)力引起工件變形的特點與熱應(yīng)力相反，使平面邊凹，直角變銳角，長的方向變長，短的方向變短。一句話使尖角變得突出如圖1-1(b)所示。特別指出的是，試樣外表的切向拉應(yīng)力很大，較大的切向拉應(yīng)力往往是零件產(chǎn)生縱向裂紋的主要原因。淬火零件的變形時熱應(yīng)力和組織應(yīng)力綜合作用的結(jié)果。如圖1-1(c)所示除了內(nèi)應(yīng)力外，零件的變形還要原材料成分、工件的形狀和介質(zhì)冷卻速度的影響，實際情況要復(fù)雜很多。因此在解決實際問題時，要全面分析，指出起主導(dǎo)作用的是熱應(yīng)力還是組織應(yīng)力，以便判定變形的趨勢或裂紋產(chǎn)生的可能性，并采取各種措施予以控制或防止。a)熱應(yīng)力

6、b)組織應(yīng)力 c)熱應(yīng)力+組織應(yīng)力圖1-1 不同應(yīng)力作用下零件變形示意圖第二章 影響變形、開裂的因素 原材料缺陷 鋼中的鎖孔、白點以及冷加工留下的較深刀痕等都可能成為淬火裂紋的根源。原材料中碳化物偏析對淬火裂紋也有一定的影響，特別對高速鋼，網(wǎng)狀碳化物偏析易形成切口應(yīng)力集中，工件易發(fā)生開裂，因此，必須必須嚴(yán)格控制原材料的質(zhì)量。 鋼的化學(xué)成分 主要是含碳量的影響。它通過對馬氏體的比容，鋼的Ms點以及剩余奧氏體量等的影響而表達出來。低碳鋼淬火后一般表現(xiàn)以熱應(yīng)力為主的變形特征。這是由于低碳馬氏體的比容較小，組織應(yīng)力就小，故熱應(yīng)力對變形起主導(dǎo)作用。中碳鋼在全部淬透的情況下，總是表現(xiàn)為以組織應(yīng)力為主的變形

7、特征。這是由于馬氏體的比容較低碳鋼大馬氏體點仍然相當(dāng)高，故組織應(yīng)力的作用大。在未淬透的情況下，隨著淬硬層的減薄，組織應(yīng)力引起的變形也逐漸減小。在個別情況下還可能出出現(xiàn)以熱應(yīng)力為主的變形特征。高碳鋼在淬不透的情況下，以組織應(yīng)力為主導(dǎo)作用。 鋼的淬透性淬火工種的變形與淬硬層深度有密切的關(guān)系。以T10鋼長軸為例，在完全淬透的情況下，它是以組織應(yīng)力為主的變形，故淬火后其長度增加。如果直徑大而未淬透，那么其長度反而縮短。 鋼的原始組織實踐證明，淬火前的原始組織對淬火變形有影響。例如，組織不均勻以及碳化物偏析，碳化物網(wǎng)的存在等均使變形量增加；粒狀珠光體比片狀珠光體淬火后的變形量要小。 工件的幾何形狀在實際

8、生產(chǎn)中，設(shè)計人員不僅要使零件的結(jié)構(gòu)形狀適合部件機構(gòu)的的需要，而且要充分考慮 淬火零件的結(jié)構(gòu)形狀與熱處理工藝性的關(guān)系。工件結(jié)構(gòu)不合理會給熱處理帶來不便，以致引起淬火變形甚至開裂，而使零件報廢。第三章 減小變形、防止開裂的措施 正確的選擇鋼材對于形狀復(fù)雜、截面尺寸相差懸殊的工件，最好選用高淬性的合金鋼。以便在緩冷介質(zhì)中冷卻時，能減小應(yīng)力與變形。對形狀復(fù)雜且精度要求較高的模具、量具等，可用微變形鋼，用等溫淬火或分級淬火來減小變形。 合理鍛造及預(yù)先熱處理鋼中白點、鎖孔可能成為淬火裂紋的根源。原材料中碳化物偏析也易使工件發(fā)生開裂，因此，必須嚴(yán)格控制原材料的質(zhì)量。淬火前的原始組織對淬火變形有很大的影響。尤

9、其對高碳工具鋼必須進行合理的鍛造以消除網(wǎng)狀碳化物及偏析，盡可能使其均勻分布。對變形要求較嚴(yán)格的工件，在加工過程中，要進行去應(yīng)力退火。對形狀復(fù)雜的零件淬火前進行退火、正火或調(diào)制處理，以減小或防止零件變形、開裂。 合理設(shè)計工件的結(jié)構(gòu)形狀 防止尖角、尖棱 零件尖角、尖棱 造成淬火應(yīng)力集中，往往會導(dǎo)致淬火裂紋，故要將尖角、棱角加工成圓角、倒角以防止開裂。 防止厚薄懸殊 厚薄懸殊的零件因淬火冷卻不均勻，所以變形、開裂傾向較大可采取開工藝孔、加厚零件太薄的局部、合理安排空洞位置或不通孔為通孔等方法。 采用封閉、對稱結(jié)構(gòu) 開口或不對稱結(jié)構(gòu)的零件淬火時應(yīng)力分布不均勻，已引起變形，應(yīng)改為封閉結(jié)構(gòu)或?qū)ΨQ結(jié)構(gòu)。封閉

10、結(jié)構(gòu)如圖3-1a所示彈簧夾頭，熱處理后再切開槽口。如圖3-1b為鏜桿截面，要求氮化變形極小。原設(shè)計在鏜桿一側(cè)開槽，結(jié)果變形較大。后修改設(shè)計，在另一側(cè)也開槽，使零件形狀呈對稱結(jié)構(gòu)，結(jié)果減小了鏜桿在熱處理時的變形。a彈簧卡頭 b鏜桿截面圖3-1 采用組合結(jié)構(gòu) 某些有淬裂傾向而各局部工件要求不同的零件或形狀復(fù)雜的零件，可采用組合結(jié)構(gòu)或鑲拼結(jié)構(gòu)，不僅減小熱處理變形、防止開裂，而且方便于維修。 采用合理的熱處理工藝 采用一次或?qū)掖晤A(yù)熱為了減小熱應(yīng)力應(yīng)緩慢加熱以減小工件的溫差，尤其對形狀復(fù)雜或?qū)嵝缘母吆辖痄撝乒ぜ＞?，采用一次或?qū)掖晤A(yù)熱，可減小變形、防止開裂。此外，適當(dāng)降低淬火溫度或采用預(yù)冷淬火，都有利

11、于減小變形。采用分級淬火或等溫淬火采用分級淬火或等溫淬火，可同時減小熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，將變形降低到最小程度。分級淬火、等溫淬火只適應(yīng)與薄壁小件的生產(chǎn)。 采用正確的操作方法長軸類零件，垂直淬入，上下移動。 厚薄不均勻的零件，厚的局部先淬入淬火劑，對截面不均勻冷卻的長形工件，可水平快速淬入或傾斜淬入淬火劑。 對薄壁環(huán)狀工件，軸向垂直淬入。 對帶有盲孔的工件，孔部朝上淬入，這樣有利于孔內(nèi)氣泡的排除。同理，具有凹面的工件，應(yīng)將凹面朝上淬入。對薄壁件，側(cè)向淬入，在可能的條件下，工件的尖、薄處要進行預(yù)冷。另外，將某些孔用石棉堵死；薄壁部位用石棉繩包裹；在易變形的一側(cè)綁加強筋進行淬火均能減小熱處理變形、防止

12、開裂。3.6 合理安排工藝路線圖3-2是四五鋼制齒輪，它有6個35mm孔靠近齒根。假設(shè)先加工出這些孔再進行高頻淬火，那么齒部靠近35孔的節(jié)圖將會變小，在高頻淬火后再鉆這6個孔，可減小變形，保證精度。圖3-2 45鋼齒輪 預(yù)留合理的加工余量工件進行熱處理，加熱冷卻并伴隨組織轉(zhuǎn)變，必然產(chǎn)生熱應(yīng)力、組織應(yīng)力，因此在零件加工過程中必須留有合理的加工余量，這樣既可簡化熱處理操作，又不使隨后機械加工時增加過大的工作量。 按變形頻率調(diào)節(jié)加工尺寸熱處理變形，通過實驗可以總結(jié)出規(guī)律。采用冷、熱加工配合，調(diào)整加工尺寸，對于大批生產(chǎn)零件是一種行之有效的方法。如某廠生產(chǎn)的汽車變速箱齒輪，通過試驗，掌握了滲碳淬火后的變

13、形規(guī)律，采用改變加工尺寸，就能在熱處理后到達精度要求。該齒輪要求鍵寬為mm，熱處理變形規(guī)律為縮小0.05mm，因此，冷加工控制在mm，熱處理后一般在mm，正好在技術(shù)要求范圍內(nèi)。3.9 修改技術(shù)條件對于某些發(fā)生變形、開裂的零件，可以修改技術(shù)條件，以減小變形、開裂。如圖3-3為鎖緊螺母。原設(shè)計用45鋼，要求四個槽口局部硬度在HRC3540。當(dāng)槽口、內(nèi)螺紋等全部加工后，再整體淬火、回火、槽口硬度可到達技術(shù)要求，但內(nèi)螺紋變形，不能保證精度。如先熱處理后再加工，那么硬度又太高。通過修改技術(shù)條件和調(diào)整工藝路線可解決這些矛盾。其工藝路線如下：圖3-3 鎖緊螺母下料調(diào)質(zhì)HRC2530加工槽口槽口高頻淬火HRC3540加工內(nèi)螺紋這樣，既滿足了槽口的硬度要求，又保證了螺紋的精度。此外，熱處理時使用淬火家具，降低零件外表粗糙度，更換材料等，均可減小或防止零件的變形、開裂。第四章 結(jié)論重要件關(guān)鍵件都要進行熱處理。熱處理工件就會發(fā)生變形，甚至開裂，因此提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低廢品率，減小熱處理變形、防止開裂是關(guān)鍵。減小熱處理變形、防止開裂僅靠熱處理工作者使不夠的，要求設(shè)計人員充分考慮熱處