作者：金荣植
来源：《齿轮的热处理畸变、裂纹与控制方法》
版权：机械工业出版社，版权所有
热处理畸变是指工件经热处理后其形状和尺寸发生变化的一种物理现象。引起热处理畸变要具备三个条件：应力、塑性及作用时间。任何热处理畸变都需要这三个条件，只是三者的关系是可以变化的。70周年热处理畸变机理
热处理畸变是热处理生产过程的主要缺陷之一。工件在热处理过程中会引起体积的变化，如加热时会引起体积膨胀，冷却时会引起体积收缩。此外，在相变时由于各种相的比体积不同也会引起体积的变化，如钢材加热到临界点以上转变成奥氏体，由于奥氏体的比体积较小而收缩，钢材淬火时转变成马氏体，由于马氏体的比体积大而引起膨胀。工件在加热和冷却时内外层的温度有差别，发生相变的时间也不一致，以及组织结构的不均匀性，必然会使工件内部产生热处理应力，从而导致工件的畸变。将工件加热到较高温度，然后进行快速冷却，就会产生热处理应力，同时工件的形状、材料成分、机械加工、工件自重以及摆放方式等也会影响工件的热处理畸变。工件淬火要经过三个阶段：加热过程（释放内应力）；保温（工件的自重，高温蠕变作用）；冷却（不均匀的冷却和相变）。三个阶段应力相互叠加将导致工件最终的淬火畸变。70周年外应力与热处理畸变
在工件热处理过程中，当外应力很大而且材料的塑性好时，则虽然作用时间短，也会引起大的畸变，如红热齿轮在出炉转移过程中受到冲撞力引起的畸变；当外应力小，但材料的塑性好，而且作用时间长，也可以引起大的畸变，如淬火加热过程中，工件装夹或堆放不当，因相互挤压或自重引起的应力虽然不大，但是工件塑性好，加热时间长，也会造成较大的畸变。
70周年内应力与热处理畸变
在热处理过程中内应力的形成是不断发生瞬时变化的，其大小、方向和分布状态随着温度的变化和组织转变的进程而不断改变。因此，由内应力引起的畸变就比较复杂。1.热处理内应力的种类热处理产生的内应力主要是热应力和组织应力两类。工件在加热和冷却时，一方面由于内外存在温差而引起比体积差，同时，表面与心部的不等时性相变也会造成比体积差，这种比体积差便是热处理应力产生的根本原因。而工件最后的残留应力则是热应力和组织应力综合作用的结果。热应力是温度梯度的函数，它取决于加热温度、加热速度、工件截面厚度的差异程度、材料的散热率、比热、膨胀系数以及加热、冷却的均匀性等。组织应力取决于马氏体转变温度、马氏体的正方性以及残留奥氏体量。此外，钢的淬透性、钢的原始组织、淬火温度、冷却速度也是影响组织应力的重要因素。2.内应力的计算
当工件中的内应力超过了材料的屈服强度时，将使工件产生塑性畸变。为了说明普通淬火时所产生的应力将超过材料屈服强度，可通过下面的计算来加以验证。已知材料线膨胀系数αl＝11.5×10-6mm/（mm·℃）；弹性模量E＝.8kPa；泊松比μ＝0.3；淬火加热温度T1＝℃；冷却后温度T2＝℃。
当工件快速冷却时，由热胀到冷缩状态的应力σ为：
σ＝αlE（T1－T2）/（1－μ）＝11.5×10-6［mm/（mm·℃）］×.8kPa×（－）℃/（1－0.3）＝2.kPa。
常用钢材的屈服强度均小于此值，即这种淬火应力远远大于屈服强度，淬火工件将产生塑性畸变。这也说明既要淬火，就必须在加热后快速冷却，内应力也就伴随产生，要求淬火而不产生淬火应力是不可能的。购买热处理设备、投递广告请孙超
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