一種金屬工件熱處理變形控制方法
【專利說明】一種金屬工件熱處理變形控制方法
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技術領域
[0002]本發明涉及金屬工件熱處理技術，特別提供了一種能夠減小或消除金屬工件在熱處理過程中產生的變形的技術方法。
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【背景技術】
[0004]熱處理變形是指零件經熱處理后尺寸發生了變化，比如彎曲、翹曲、扭曲等，其變形量超過了圖樣公差要求必須修正，否則零件報廢。零件熱處理變形是比較普遍的現象。現代機器制造中零件變形成本占了整個制造成本的很大部分，熱處理零件變形校直工序和特殊工裝的成本往往達到熱處理總成本的20%?25%。控制工件熱處理變形意義重大。
[0005]最容易造成變形的是固溶處理中的淬火過程。現有的控制工件熱處理變形的方法有3個途徑，第一是減小工件冷卻速度，從而減小變形；第二是用機械方法限制工件變形；第三是在變形后利用專用裝置矯正工件的變形。
[0006]減小工件冷卻速度是常用的方法，現有的方法主要是改變冷卻介質類型，例如采用礦物油可以顯著降低工件冷卻速度，從而減小變形。對于大多數鋁合金鑄件來說，油的冷卻速度太低，不能滿足工件熱處理力學性能要求，并且熱處理后附著在工件表面的油膜需要用專門清理工序清除。目前比較常用的減小鋁合金工件熱處理變形的方法是采用聚合物淬火劑淬火(文獻1:吳瑞豪、馮敏:B-757飛機鋁合金零件聚合物淬火，《金屬熱處理》2001年第I期:48-50)。這種淬火方法可以明顯減小鋁合金工件變形，在鋁合金變形材料熱處理中廣泛應用。鋁合金鑄造件通常結構遠比鋁合金變形材料制件復雜，熱處理變形傾向更大。聚合物淬火劑淬火法用于鑄造鋁合金件，其效果因鑄件結構而有所不同，對于變形傾向大的薄壁件和復雜件，最終變形量往往還超標。氣體介質淬火可以顯著減小金屬工件的熱處理變形，但通常氣體介質的冷卻速度低，不能滿足工件的最低冷速要求，需要采取專門技術措施提高氣體介質的冷卻速度，例如一項中國專利(申請號:87105737)發明的在流化床中快速淬火的方法是用一定流量的高傳導性氣體使由具一定的顆粒類型和尺寸的顆粒組成的床流態化介質冷卻工件。現有的氣體介質淬火需要與流態床熱處理技術結合，技術和所需設備復雜，價格昂貴，并且只適合大量流水線生產。
[0007]在工件淬火過程中采用專門設計的卡具卡緊工件，用機械方法限制工件變形是常用的方法。這種方法的每一種卡具只適合一種特定的工件，每個尺寸工件都需要專門卡具。例如中國實用新型專利ZL97207291.8只適合某種細長工件。這種方法的缺點是模具成本尚O
[0008]在工件熱處理變形后利用專用裝置矯正工件的變形也是常用的方法。工件變形后矯形費用高，耗時多，并且有些情況下難以矯形。
[0009]因此，需要一種技術效果更好的金屬工件熱處理變形控制方法。
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【發明內容】
[0011]針對現有技術的不足，本發明提供一種金屬工件熱處理變形控制方法來克服現有技術中存在的不足之處。
[0012]—種金屬工件熱處理變形控制方法，所述控制方法包括以下兩類:第一類方法，根據需要熱處理工件的尺寸和結構，先使用一個可以容納工件的帶金屬網的框架，把工件置入框架中部，并且工件不與框架直接接觸，在工件與框架之間，以及工件內所有各個空間填充以可流動的鑄鐵球或鋼球；所述的可流動的鑄鐵球或鋼球為空心或實心結構；在工件進入冷卻介質過程中，使用處于工件周圍的固定工件的鑄鐵球或鋼球阻擋冷卻介質的運動對高溫工件的沖擊，從而減小工件因受到水的機械作用力產生的變形；第二類方法:是剛性固定工件各部分的相對位置，用機械方法限制工件產生變形；具體要求是根據需要熱處理工件的尺寸和結構，先使用一個可以容納工件的帶金屬網的框架，把工件置入框架中部，并且工件不與框架直接接觸，在工件與框架之間，以及工件內所有各個空間填充以鑄鐵球或鋼球；所述鑄鐵球或鋼球為實心固體或者不會發生明顯變形的空心結構；所述鑄鐵球或鋼球的尺寸大致相同，其添實工件內外所有空間，機械固定了工件各部分的相對空間位置，使工件變形無法發生，所述鑄鐵球或鋼球與工件表面以及相互接觸的鑄鐵球或鋼球之間的空隙在淬火過程中被淬火冷卻介質充填。。
[0013]優選地，在所述金屬工件熱處理變形控制方法的第二類方法中，還滿足下述要求:所述鑄鐵球或鋼球的直徑為Imm?30mm。
[0014]優選地，在所述金屬工件熱處理變形控制方法的第二類方法中，還滿足下述要求:在使用鑄鐵球或鋼球初步固定工件之后，把盛裝好工件并緊固好的框架放入熱處理爐進行固溶處理；在固溶處理完成后把盛裝好工件的框架整體投入淬火冷卻劑中。
[0015]優選地，在所述金屬工件熱處理變形控制方法的第二類方法中，還滿足下述要求:所述用于容納工件框架具體為帶金屬網的框架；所述框架是由輕合金固溶處理溫度范圍內線膨脹系數很小，屈服強度高，淬火變形可以忽略不計的高熔點材料制成；高熔點材料具體是鋼或鑄鐵。
[0016]本發明的技術方案具有以下有益效果:
本發明提供的一種金屬工件熱處理變形控制方法能夠限制輕合金工件的變形并且可以適合各種不同形狀的工件，更加方便靈活，操作簡單易懂，客服了現有技術的不足。
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【具體實施方式】
[0018]為了清楚了解本發明的技術方案，將在下面的描述中提出其詳細的結構。顯然，本發明實施例的具體施行并不足限于本領域的技術人員所熟習的特殊細節。本發明的優選實施例詳細描述如下，除詳細描述的這些實施例外，還可以具有其他實施方式。
[0019]實施例1
熱處理試樣為400 X 40 X 3mm鑄板，材料為鋁銅合金ZL205，把試樣裝入框架式容器中，每個容器每次裝3個試板，充入球狀固體介質，板間距大于10個球直徑。球狀固體介質為直徑Imm的鋼球。
[0020]鎖緊容器，使試樣位置固定；試樣裝入容器內。把盛裝好工件并緊固好的框架放入熱處理爐進行固溶處理；固溶處理溫度538°C，保溫時間18h。固溶處理完成后把盛裝好工件的框架整體投入70°C的水中。當試樣冷卻到與水溫相同時，從水中取出框架式容器，打開容器，取出試樣。固溶處理后試樣放置12h后測量試樣的變形，然后再裝入時效處理爐進行170°C，4h的時效處理。時效熱處理后測量試樣本體的力學性能。
[0021]為了對比，不使用本發明固定裝置，對同樣3個試板進行同樣固溶和時效處理。試樣產生的變形為扭曲和彎曲。
[0022]兩組試樣固溶處理后對比測量變形量。測量方法是以試樣變形后的凸面為底面，以變形前的平直底面為測量基準面，設基準面幾何中心為坐標原點，垂直于基準面方向為Z軸方向，測量試樣變形后底面周邊主要點沿Z軸方向的位移量。不使用本發明固定裝置時，3個試樣的四個角在Z軸方向的位移量平均值為4.75mm ;使用本發明固定裝置后，3個試樣的四個角在Z軸方向的位移量