金屬QPQ表面處理在改善材料各種性能的同時，不可避免的導(dǎo)致表面處理變形，并且會直接影響到工件的精度、強(qiáng)度、噪聲和壽命，因此對于精度要求較高的零件要盡可能減小其變形量，本文著重分析溫度與控制變形的關(guān)系，同時歸納幾種要因素。

    一、引言

    金屬材料的表面處理是將固態(tài)金屬采用適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行加熱、保溫和冷卻，有時并兼之以化學(xué)作用和機(jī)械作用，使金屬合金內(nèi)部的組織和結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而獲得改善材料性能的工藝。表面處理工藝是使各種金屬材料獲得優(yōu)良性能的重要手段。很多實(shí)際應(yīng)用中合理選用材料和各種成形工藝并不能滿足金屬工件所需要的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能，這時表面處理工藝是必不可少的。

    但是表面處理工藝除了具有積極的作用之外，在表面處理過程中也不可避免地會產(chǎn)生或多或少的變形，而這又是機(jī)械加工中必須避免的，兩者之間是共存而又需要避免的關(guān)系，只能采用相應(yīng)的方法盡量把變形量控制在盡量小的范圍內(nèi)。

    二、溫度是變形的關(guān)鍵因素

    工業(yè)上實(shí)際應(yīng)用的表面處理工藝形式非常多，但是它們的基本過程都是熱作用過程，都是由加熱、保溫和冷卻三個階段組成的。整個工藝過程都可以用加熱速度、加熱溫度、保溫時間、冷卻速度以及表面處理周期等幾個參數(shù)來描述。在表面處理工藝中，要用到各種加熱爐，金屬表面處理便在這些加熱爐中進(jìn)行（如基本表面處理中的退火、淬火、回火、化學(xué)表面處理的滲碳、滲氮、滲鋁、氣相多元復(fù)合共滲、滲鉻或去氫等等）。因此，加熱爐內(nèi)的溫度測量就成為熱表面處理的重要工藝參數(shù)測量。每一種白表面處理工藝規(guī)范中，溫度是很重要的內(nèi)容。如果溫度測量不準(zhǔn)確，表面處理工藝規(guī)范就得不到正確的執(zhí)行，以至造成產(chǎn)品質(zhì)量下降甚至報廢。溫度的測量與控制是表面處理工藝的關(guān)鍵，也是影響變形的關(guān)鍵因素。

    （1）工藝溫度降低后工件的高溫強(qiáng)度損失相對減少，塑性抗力增強(qiáng)。這樣工件的抗應(yīng)力變形、抗淬火變形、抗高溫蠕變的綜合能力增強(qiáng)，變形就會減少；

    （2）工藝溫度降低后工件加熱、冷卻的溫度區(qū)間減少，由此而引起的各部位溫度不一致性也會降低，由此而導(dǎo)致的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力也相對減少，這樣變形就會減少；

    （3）如果工藝溫降低、且熱處理工藝時間縮短，則工件的高溫蠕變時間減少，變形也會減少。

    減小表面處理變形需要合理的熱處理工藝。

    例如經(jīng)表面處理后的20CrNi2MoA鋼齒圈齒表面、齒心部硬度及有效硬化層深度均達(dá)到要求。圖1為模數(shù)mn=12mm的齒圈經(jīng)不同溫度球化退火后的硬度梯度曲線。由圖1可以看出，在650℃球化退火后的硬度梯度和740℃球化加680℃等溫處理的硬度梯度結(jié)果相近，未經(jīng)球化退火的齒輪的硬度較前兩個低。這是因?yàn)榍蚧嘶鹂墒勾慊鸷鬂B層表面殘留奧氏體量減少，從而提高了齒表面硬度，因此20CrNi2MoA鋼齒圈滲碳后應(yīng)采用球化退火工藝，同時為減表面處理變形，在650℃球化退火效果更好。

    三、變形的其它影響因素及減小措施

    （1）預(yù)備表面處理

    正火硬度過高、混晶、大量索氏體或魏氏組織都會使內(nèi)孔變形增大，所以要用控溫正火或等溫退火來處理鍛件。金屬的正火、退火以及在進(jìn)行淬火之前的調(diào)質(zhì)，都會對金屬的變形量產(chǎn)生一定的影響，直接影響到的是金屬組織結(jié)構(gòu)上的變化。實(shí)踐證明，在正火時采用等溫（分級）淬火可有效地使金屬組織結(jié)構(gòu)趨于均勻，從而使其變形量減小。

    （2）運(yùn)用合理的冷卻方法

    金屬淬火后冷卻過程對變形的影響也是很重要的一個變形原因。在淬透的情況下，熱油淬火比冷油淬火變形小，一般控制在100±20℃。油的冷卻能力對變形也是至關(guān)重要的。淬火的攪拌方式和速度均影響變形。金屬表面處理冷卻速度越快，冷卻越不均勻，產(chǎn)生的應(yīng)力越大，模具的變形也越大。可以在保證模具硬度要求的前提下，盡量采用預(yù)冷；采用分級冷卻淬火能顯著減少金屬淬火時產(chǎn)生的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，是減少一些形狀較復(fù)雜工件變形的有效方法；對一些特別復(fù)雜或精度要求較高的工件，利用等溫（或分級）淬火能顯著減少變形。

    （3）零件結(jié)構(gòu)要合理

    金屬表面處理后在冷卻過程中，總是薄的部分冷得快，厚的部分冷得慢。在滿足實(shí)際生產(chǎn)需要的情況下，應(yīng)盡量減少工件厚薄懸殊，零件截面力求均勻，以減少過渡區(qū)因應(yīng)力集中產(chǎn)生畸變和開裂傾向；工件應(yīng)盡量保持結(jié)構(gòu)與材料成分和組織的對稱性，以減少由于冷卻不均引起的畸變；工件應(yīng)盡量避免尖銳棱角、溝槽等，在工件的厚薄交界處、臺階處要有圓角過渡；盡量減少工件上的孔、槽筋結(jié)構(gòu)不對稱；厚度不均勻零件采用預(yù)留加工量的方法。

    （4）采用合理的裝夾方式及夾具

    目的使工件加熱冷卻均勻，以減少熱應(yīng)力不均，組織應(yīng)力不均，來減小變形，可改變裝夾方式，盤類零件與油面垂直，軸類零件立裝，使用補(bǔ)償墊圈，支承墊圈，疊加墊圈等，花鍵孔零件可用滲碳心軸等。

    （5）機(jī)械加工

    當(dāng)表面處理是工件加工過程的工序時，表面處理畸變的允許值應(yīng)滿足圖樣上規(guī)定的工件尺寸，而畸變量要根據(jù)上道工序加工尺寸確定。為此，應(yīng)按照工件的畸變規(guī)律，熱處理前進(jìn)行尺寸的預(yù)修正，使表面處理畸變正好處于合格范圍內(nèi)。當(dāng)熱處理是中間工序時，熱處理前的加工余量應(yīng)視為機(jī)加工余量和熱處理畸變量之和。通常機(jī)械加工余量易于確定，而熱處理由于影響因素多比較復(fù)雜，因此為機(jī)械加工留出足夠的加工余量，其余均可作為熱處理允許畸變量。熱處理后再加工，根據(jù)工件的變形規(guī)律，施用反變形、收縮端預(yù)脹孔，提高淬火后變形合格率。

    （6）采用合適的介質(zhì)

    在保證同樣硬度要求的前提下，盡量采用油性介質(zhì)，實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐證明，再其他條件無差異的前提下，油性介質(zhì)的冷卻速度較慢，而水性介質(zhì)的冷卻速度則相對快一些。而且，和油性介質(zhì)相比，水溫變化對水性介質(zhì)冷卻特性的影響較大，在同樣的熱處理?xiàng)l件下，油性介質(zhì)相對水性介質(zhì)淬火后的變形量要相對小要穩(wěn)定。

    四、結(jié)束語

    熱處理能改善工件的機(jī)械性能，提高工件的強(qiáng)度和硬度，但引起的變形影響是不可避免的。我們要重視我國現(xiàn)階段的熱處理技術(shù)和裝備的改進(jìn)，不斷學(xué)習(xí)國外先進(jìn)的技術(shù)，提高熱處理工件質(zhì)量及合格率，為我國的熱處理行業(yè)作出貢獻(xiàn)。