一种金属工件热处理变形控制方法
【专利说明】一种金属工件热处理变形控制方法
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技术领域
[0002]本发明涉及金属工件热处理技术，特别提供了一种能够减小或消除金属工件在热处理过程中产生的变形的技术方法。
[0003]
【背景技术】
[0004]热处理变形是指零件经热处理后尺寸发生了变化，比如弯曲、翘曲、扭曲等，其变形量超过了图样公差要求必须修正，否则零件报废。零件热处理变形是比较普遍的现象。现代机器制造中零件变形成本占了整个制造成本的很大部分，热处理零件变形校直工序和特殊工装的成本往往达到热处理总成本的20%?25%。控制工件热处理变形意义重大。
[0005]最容易造成变形的是固溶处理中的淬火过程。现有的控制工件热处理变形的方法有3个途径，第一是减小工件冷却速度，从而减小变形；第二是用机械方法限制工件变形；第三是在变形后利用专用装置矫正工件的变形。
[0006]减小工件冷却速度是常用的方法，现有的方法主要是改变冷却介质类型，例如采用矿物油可以显著降低工件冷却速度，从而减小变形。对于大多数铝合金铸件来说，油的冷却速度太低，不能满足工件热处理力学性能要求，并且热处理后附着在工件表面的油膜需要用专门清理工序清除。目前比较常用的减小铝合金工件热处理变形的方法是采用聚合物淬火剂淬火(文献1:吴瑞豪、冯敏:B-757飞机铝合金零件聚合物淬火，《金属热处理》2001年第I期:48-50)。这种淬火方法可以明显减小铝合金工件变形，在铝合金变形材料热处理中广泛应用。铝合金铸造件通常结构远比铝合金变形材料制件复杂，热处理变形倾向更大。聚合物淬火剂淬火法用于铸造铝合金件，其效果因铸件结构而有所不同，对于变形倾向大的薄壁件和复杂件，最终变形量往往还超标。气体介质淬火可以显著减小金属工件的热处理变形，但通常气体介质的冷却速度低，不能满足工件的最低冷速要求，需要采取专门技术措施提高气体介质的冷却速度，例如一项中国专利(申请号:87105737)发明的在流化床中快速淬火的方法是用一定流量的高传导性气体使由具一定的颗粒类型和尺寸的颗粒组成的床流态化介质冷却工件。现有的气体介质淬火需要与流态床热处理技术结合，技术和所需设备复杂，价格昂贵，并且只适合大量流水线生产。
[0007]在工件淬火过程中采用专门设计的卡具卡紧工件，用机械方法限制工件变形是常用的方法。这种方法的每一种卡具只适合一种特定的工件，每个尺寸工件都需要专门卡具。例如中国实用新型专利ZL97207291.8只适合某种细长工件。这种方法的缺点是模具成本尚O
[0008]在工件热处理变形后利用专用装置矫正工件的变形也是常用的方法。工件变形后矫形费用高，耗时多，并且有些情况下难以矫形。
[0009]因此，需要一种技术效果更好的金属工件热处理变形控制方法。
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【发明内容】
[0011]针对现有技术的不足，本发明提供一种金属工件热处理变形控制方法来克服现有技术中存在的不足之处。
[0012]—种金属工件热处理变形控制方法，所述控制方法包括以下两类:第一类方法，根据需要热处理工件的尺寸和结构，先使用一个可以容纳工件的带金属网的框架，把工件置入框架中部，并且工件不与框架直接接触，在工件与框架之间，以及工件内所有各个空间填充以可流动的铸铁球或钢球；所述的可流动的铸铁球或钢球为空心或实心结构；在工件进入冷却介质过程中，使用处于工件周围的固定工件的铸铁球或钢球阻挡冷却介质的运动对高温工件的冲击，从而减小工件因受到水的机械作用力产生的变形；第二类方法:是刚性固定工件各部分的相对位置，用机械方法限制工件产生变形；具体要求是根据需要热处理工件的尺寸和结构，先使用一个可以容纳工件的带金属网的框架，把工件置入框架中部，并且工件不与框架直接接触，在工件与框架之间，以及工件内所有各个空间填充以铸铁球或钢球；所述铸铁球或钢球为实心固体或者不会发生明显变形的空心结构；所述铸铁球或钢球的尺寸大致相同，其添实工件内外所有空间，机械固定了工件各部分的相对空间位置，使工件变形无法发生，所述铸铁球或钢球与工件表面以及相互接触的铸铁球或钢球之间的空隙在淬火过程中被淬火冷却介质充填。。
[0013]优选地，在所述金属工件热处理变形控制方法的第二类方法中，还满足下述要求:所述铸铁球或钢球的直径为Imm?30mm。
[0014]优选地，在所述金属工件热处理变形控制方法的第二类方法中，还满足下述要求:在使用铸铁球或钢球初步固定工件之后，把盛装好工件并紧固好的框架放入热处理炉进行固溶处理；在固溶处理完成后把盛装好工件的框架整体投入淬火冷却剂中。
[0015]优选地，在所述金属工件热处理变形控制方法的第二类方法中，还满足下述要求:所述用于容纳工件框架具体为带金属网的框架；所述框架是由轻合金固溶处理温度范围内线膨胀系数很小，屈服强度高，淬火变形可以忽略不计的高熔点材料制成；高熔点材料具体是钢或铸铁。
[0016]本发明的技术方案具有以下有益效果:
本发明提供的一种金属工件热处理变形控制方法能够限制轻合金工件的变形并且可以适合各种不同形状的工件，更加方便灵活，操作简单易懂，客服了现有技术的不足。
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【具体实施方式】
[0018]为了清楚了解本发明的技术方案，将在下面的描述中提出其详细的结构。显然，本发明实施例的具体施行并不足限于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的优选实施例详细描述如下，除详细描述的这些实施例外，还可以具有其他实施方式。
[0019]实施例1
热处理试样为400 X 40 X 3mm铸板，材料为铝铜合金ZL205，把试样装入框架式容器中，每个容器每次装3个试板，充入球状固体介质，板间距大于10个球直径。球状固体介质为直径Imm的钢球。
[0020]锁紧容器，使试样位置固定；试样装入容器内。把盛装好工件并紧固好的框架放入热处理炉进行固溶处理；固溶处理温度538°C，保温时间18h。固溶处理完成后把盛装好工件的框架整体投入70°C的水中。当试样冷却到与水温相同时，从水中取出框架式容器，打开容器，取出试样。固溶处理后试样放置12h后测量试样的变形，然后再装入时效处理炉进行170°C，4h的时效处理。时效热处理后测量试样本体的力学性能。
[0021]为了对比，不使用本发明固定装置，对同样3个试板进行同样固溶和时效处理。试样产生的变形为扭曲和弯曲。
[0022]两组试样固溶处理后对比测量变形量。测量方法是以试样变形后的凸面为底面，以变形前的平直底面为测量基准面，设基准面几何中心为坐标原点，垂直于基准面方向为Z轴方向，测量试样变形后底面周边主要点沿Z轴方向的位移量。不使用本发明固定装置时，3个试样的四个角在Z轴方向的位移量平均值为4.75mm ;使用本发明固定装置后，3个试样的四个角在Z轴方向的位移量