一種金屬工件熱處理變形控制方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種金屬工件熱處理變形控制方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及金屬工件熱處理技術(shù)，特別提供了一種能夠減小或消除金屬工件在熱處理過(guò)程中產(chǎn)生的變形的技術(shù)方法。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]熱處理變形是指零件經(jīng)熱處理后尺寸發(fā)生了變化，比如彎曲、翹曲、扭曲等，其變形量超過(guò)了圖樣公差要求必須修正，否則零件報(bào)廢。零件熱處理變形是比較普遍的現(xiàn)象。現(xiàn)代機(jī)器制造中零件變形成本占了整個(gè)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(dá)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(guò)程。現(xiàn)有的控制工件熱處理變形的方法有3個(gè)途徑，第一是減小工件冷卻速度，從而減小變形；第二是用機(jī)械方法限制工件變形；第三是在變形后利用專(zhuān)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(xiàn)有的方法主要是改變冷卻介質(zhì)類(lèi)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(duì)于大多數(shù)鋁合金鑄件來(lái)說(shuō)，油的冷卻速度太低，不能滿(mǎn)足工件熱處理力學(xué)性能要求，并且熱處理后附著在工件表面的油膜需要用專(zhuān)門(mén)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(xiàn)1:吳瑞豪、馮敏:B-757飛機(jī)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(yīng)用。鋁合金鑄造件通常結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比鋁合金變形材料制件復(fù)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(jié)構(gòu)而有所不同，對(duì)于變形傾向大的薄壁件和復(fù)雜件，最終變形量往往還超標(biāo)。氣體介質(zhì)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(zhì)的冷卻速度低，不能滿(mǎn)足工件的最低冷速要求，需要采取專(zhuān)門(mén)技術(shù)措施提高氣體介質(zhì)的冷卻速度，例如一項(xiàng)中國(guó)專(zhuān)利(申請(qǐng)?zhí)?87105737)發(fā)明的在流化床中快速淬火的方法是用一定流量的高傳導(dǎo)性氣體使由具一定的顆粒類(lèi)型和尺寸的顆粒組成的床流態(tài)化介質(zhì)冷卻工件?，F(xiàn)有的氣體介質(zhì)淬火需要與流態(tài)床熱處理技術(shù)結(jié)合，技術(shù)和所需設(shè)備復(fù)雜，價(jià)格昂貴，并且只適合大量流水線生產(chǎn)。
[0007]在工件淬火過(guò)程中采用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的卡具卡緊工件，用機(jī)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(gè)尺寸工件都需要專(zhuān)門(mén)卡具。例如中國(guó)實(shí)用新型專(zhuān)利ZL97207291.8只適合某種細(xì)長(zhǎng)工件。這種方法的缺點(diǎn)是模具成本尚O
[0008]在工件熱處理變形后利用專(zhuān)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(fèi)用高，耗時(shí)多，并且有些情況下難以矯形。
[0009]因此，需要一種技術(shù)效果更好的金屬工件熱處理變形控制方法。
[0010]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種金屬工件熱處理變形控制方法來(lái)克服現(xiàn)有技術(shù)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(lèi):第一類(lèi)方法，根據(jù)需要熱處理工件的尺寸和結(jié)構(gòu)，先使用一個(gè)可以容納工件的帶金屬網(wǎng)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(nèi)所有各個(gè)空間填充以可流動(dòng)的鑄鐵球或鋼球；所述的可流動(dòng)的鑄鐵球或鋼球?yàn)榭招幕驅(qū)嵭慕Y(jié)構(gòu)；在工件進(jìn)入冷卻介質(zhì)過(guò)程中，使用處于工件周?chē)墓潭üぜ蔫T鐵球或鋼球阻擋冷卻介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)對(duì)高溫工件的沖擊，從而減小工件因受到水的機(jī)械作用力產(chǎn)生的變形；第二類(lèi)方法:是剛性固定工件各部分的相對(duì)位置，用機(jī)械方法限制工件產(chǎn)生變形；具體要求是根據(jù)需要熱處理工件的尺寸和結(jié)構(gòu)，先使用一個(gè)可以容納工件的帶金屬網(wǎng)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(nèi)所有各個(gè)空間填充以鑄鐵球或鋼球；所述鑄鐵球或鋼球?yàn)閷?shí)心固體或者不會(huì)發(fā)生明顯變形的空心結(jié)構(gòu)；所述鑄鐵球或鋼球的尺寸大致相同，其添實(shí)工件內(nèi)外所有空間，機(jī)械固定了工件各部分的相對(duì)空間位置，使工件變形無(wú)法發(fā)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(guò)程中被淬火冷卻介質(zhì)充填。。
[0013]優(yōu)選地，在所述金屬工件熱處理變形控制方法的第二類(lèi)方法中，還滿(mǎn)足下述要求:所述鑄鐵球或鋼球的直徑為Imm?30mm。
[0014]優(yōu)選地，在所述金屬工件熱處理變形控制方法的第二類(lèi)方法中，還滿(mǎn)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(jìn)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(yōu)選地，在所述金屬工件熱處理變形控制方法的第二類(lèi)方法中，還滿(mǎn)足下述要求:所述用于容納工件框架具體為帶金屬網(wǎng)的框架；所述框架是由輕合金固溶處理溫度范圍內(nèi)線膨脹系數(shù)很小，屈服強(qiáng)度高，淬火變形可以忽略不計(jì)的高熔點(diǎn)材料制成；高熔點(diǎn)材料具體是鋼或鑄鐵。
[0016]本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下有益效果:
本發(fā)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(jiǎn)單易懂，客服了現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0017]
【具體實(shí)施方式】
[0018]為了清楚了解本發(fā)明的技術(shù)方案，將在下面的描述中提出其詳細(xì)的結(jié)構(gòu)。顯然，本發(fā)明實(shí)施例的具體施行并不足限于本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟習(xí)的特殊細(xì)節(jié)。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例詳細(xì)描述如下，除詳細(xì)描述的這些實(shí)施例外，還可以具有其他實(shí)施方式。
[0019]實(shí)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(gè)容器每次裝3個(gè)試板，充入球狀固體介質(zhì)，板間距大于10個(gè)球直徑。球狀固體介質(zhì)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(nèi)。把盛裝好工件并緊固好的框架放入熱處理爐進(jìn)行固溶處理；固溶處理溫度538°C，保溫時(shí)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(dāng)試樣冷卻到與水溫相同時(shí)，從水中取出框架式容器，打開(kāi)容器，取出試樣。固溶處理后試樣放置12h后測(cè)量試樣的變形，然后再裝入時(shí)效處理爐進(jìn)行170°C，4h的時(shí)效處理。時(shí)效熱處理后測(cè)量試樣本體的力學(xué)性能。
[0021]為了對(duì)比，不使用本發(fā)明固定裝置，對(duì)同樣3個(gè)試板進(jìn)行同樣固溶和時(shí)效處理。試樣產(chǎn)生的變形為扭曲和彎曲。
[0022]兩組試樣固溶處理后對(duì)比測(cè)量變形量。測(cè)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(cè)量基準(zhǔn)面，設(shè)基準(zhǔn)面幾何中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，垂直于基準(zhǔn)面方向?yàn)閆軸方向，測(cè)量試樣變形后底面周邊主要點(diǎn)沿Z軸方向的位移量。不使用本發(fā)明固定裝置時(shí)，3個(gè)試樣的四個(gè)角在Z軸方向的位移量平均值為4.75mm ;使用本發(fā)明固定裝置后，3個(gè)試樣的四個(gè)角在Z軸方向的位移量