工件淬火弯曲研究

孙 亮

(中国一重核电生产部，161042)

1 淬火弯曲的表现方式

淬火弯曲是因先冷的一侧呈现凸形，后冷的一侧呈凹形的结果。因为淬火先冷的一侧是淬透硬化的一侧，所以这一侧就成为凸形。与此相反，下垂弯曲是按原来弯曲的形状显示出来的。淬火弯曲的表现方式如图1所示。

图1 淬火弯曲的表现方式Figure 1 The mode of quench bending

2 冷却方法对淬火弯曲的影响

淬火弯曲是由冷却不均匀引起的。同样，若使加热的零件不均匀的冷却，则先冷却的一侧就成为凸形。在淬火的一瞬间，先冷却的一侧呈凹形，而当整个零件全体冷却后它又反过来成为凸形。图1淬火弯曲的表现方式表示出了这种关系。在先冷却一侧和缓慢冷却一侧有温度差时，会发生这种逆转现象，而形不成这种温差的薄壁零件，就没有这种逆转现象，先冷却一侧一直保持这种凹形不变。出现逆转现象必须有某种程度的壁厚才行，壁厚约为15～20 mm以上的零件才出现这种逆转现象。

总之，一般的淬火零件都属于这种情况，至于说为什么快速冷却的一侧成凸形，那是因为先冷却的一侧收缩，使缓慢冷却的一侧也受到压缩。由于这个原因，缓慢冷却的一侧比在该温度下应当有的长度缩短了。在这种状态下，待整个零件冷却下来后，先冷却的一侧凸出来，而缓慢冷却的一侧却凹进去。

当不是整个零件加热，而仅是一面加热时，若只将此面快速冷却，被加热的那面会变成凹形，由于是一面加热，所以不管这一面如何快速冷却，也比未加热的那面冷却的慢，未加热那面等于以无限大的速度冷却，因此，冷却的快，从而使未加热面凸起来。换言之，快速冷却的一面成为凸形。利用这种原理的加热称为线状加热，它是使厚钢板弯曲的方法，即用氧-乙炔焰喷嘴仅在厚板上面以线条状快速加热，加热后再用流水冷却，这样钢板便沿着直线的方向翘成直角。

也就是说，这样的加热方法必然得到弯曲。不言而喻，这种加热必须在临界温度以下才行。如果弄成淬火那就不好了，若加热温度控制不好，成为淬火，结果是马氏体的膨胀抑制了钢板的翘曲，则得不到上述的结果。

轧制设备中飞剪及摆式剪剪刃，利用淬火的翘曲，虽然整体加热后水冷，但因刃部相对较薄，刀背厚，冷却不均匀，所以快速冷却的刃部凸出来，刀背凹下面发生翘曲。再加上淬火中马氏体的膨胀，翘曲就更大。

3 如何预防淬火弯曲

首先，要把淬火零件内部潜伏的残余应力消除掉，由于机械加工而产生的加工应力，需要用消除应力退火法(500～650℃缓慢冷却)将其消除。其次，为防止零件因自重下垂而发生变形，要注意零件在炉内的放置方法，严格执行垂直吊挂法；当水平放置时，支撑点的跨度要小于热处理件直径的3倍。然而，不管怎么说，防止淬火弯曲的关键在于均匀冷却。在冷却方法中，喷液冷却及喷水冷却中的快速冷却比浸渍冷却更有效。

最后，必须注意使淬火时冷却均匀，其中要想办法使冷却液充分搅拌，或使零件的四周受到喷射冷却，最要紧的是在单面加热和冷却时，使非加热面低温加热，使加热面的快速冷却和未加热面的冷却速度平衡。

即使用同样的方法冷却，冷却速度越快越容易造成冷却不均匀，从而容易引起淬火弯曲，也就是水淬的淬火弯曲最大，其次按顺序是油淬、热浴淬火、空气冷却，其中空气冷却的淬火弯曲最小，这是因为零件在气体中冷却比在液体中冷却容易均匀，所以弯曲变形小。

作为淬火弯曲小的淬火方法，模压淬火是有效的，模压淬火机(齿轮淬火用)及液压淬火设备在淬火生产现场得到了有效使用。

4 结束语

充分了解工件淬火弯曲的成因，采用有效措施预防，对工件的使用和精度有着重大的影响。