按照本文圖2擬定的思路,不難得看出:可以有兩種辦法使工件的冷卻速度帶完全落在它的第Ⅱ區(qū)內;辦法之一,是通過移動或者縮短冷卻速度帶,使其完全落人第【l區(qū)之內;辦法之二,是通過移動第Ⅱ區(qū)的邊界,來把冷卻速度帶框進第Ⅱ區(qū)內。圖l2是這兩種方法的示意圖。從第一種方法的作用途徑可以推知,能縮短工件冷卻速度帶,以及能定向移動冷卻速度帶的方法都可能成為減小工件淬火變形趨勢的措施。從第2種方法的作用途徑又可以推知,能擴大工件第Ⅱ區(qū)的方法,都口J能成為減小工件淬火變形趨勢的措施。前面已經介紹-r第一種方法及其相關的事項。下面接著對第2種方法進行討論。
六、影響第Ⅱ區(qū)寬度和位置的主要因素分析
1.工件形狀大小對第Ⅱ區(qū)的影響
我們將在鋼材和冷卻條件相同的前提下,討論工件形狀大小對第Ⅱ區(qū)的影響。一般來說,同樣的冷卻速度差,在形狀復雜的工件上引起的內應力總是比在形狀簡單工件上的要大。因此,工件的形狀越簡單,厚薄相差越小,它承受冷卻速度快慢的能力就越強,它的第Ⅱ區(qū)也就越寬;相反,形狀復雜工件的第Ⅱ區(qū)也就更窄,如圖13a所示。在形狀相似而尺寸較小的工件上,相同大小的冷卻速度差引起的內應力,總是比尺寸更大的工件的要小。因此,大尺寸工件的第Ⅱ區(qū)要比小尺寸工件的第n區(qū)更窄,如圖13b所示。
形狀復雜且壁厚相差較大的工件,通常都可以劃分成幾個形狀簡單的部分。今有一個形狀復雜的工件,可以分割成3個形狀簡單的工件,把這3個形狀簡單的工件稱為復雜件的構成件。每個構成件都有自己的第Ⅱ區(qū)。那么,復雜件的第1l區(qū)與其構成件的第Ⅱ區(qū)有什么樣的關系呢?容易推知,要能同時滿足3個構成部分的要求,復雜件的第Ⅱ區(qū)必然是這3個構成件的第Ⅱ區(qū)的共同部分,如圖14所示。
如果用71l、 2和713分別表示3個構成件的第Ⅱ區(qū),它們組成的復雜件的第Ⅱ區(qū)記為71,則它們的關系就可以用集合代數表示成式(2)的形式。T=TI·T2·T3 ?? (2)需要說明的是,式(2)中的相乘符號不是算術上的相乘關系,而是集合代數上的相交關系。圖14中,構成件3的第Ⅱ區(qū)的左邊界成為復雜件的第Ⅱ區(qū)的左邊界,而構成件2的第n區(qū)的右邊界則成為復雜件的第Ⅱ區(qū)的右邊界。因此,寧波市神光電爐的工程師認為復雜件的第Ⅱ區(qū)總是小于(等于)任何構成件的第Ⅱ區(qū)。由此可以得出這樣的推論:工件的形狀越復雜,厚薄相差越大,它的第Ⅱ區(qū)就越窄。為了簡化討論內容,在此沒有把各組成部分在復雜件中的結合部的影響考慮進去。工件上的應力集中特性也值得關注。特定部位的應力集中系數大小會影響工件的第Ⅱ區(qū)的左右邊界的位置。應力集中系數越大,第Ⅱ區(qū)的左邊界就越靠右,相應地,工件的第Ⅱ區(qū)就越窄;相反,應力集中系數越小,第Ⅱ區(qū)的左邊界就越靠左,相應地,工件的第Ⅱ區(qū)也就越寬。歸納起來,從零件設計角度談,零件形狀越復雜、厚薄相差越大、對稱性越差以及它上面的應力集中系數越大,工件的第Ⅱ區(qū)就越窄,它的淬火變形就越難控制;相反,零件形狀簡單、厚薄相差小、對稱性好,上面的應力集中系數越小,工件的第Ⅱ區(qū)就越寬,它的淬火變形越容易控制。
2.鋼材的淬透性高低
鋼材的淬透性高低是影響工件第Ⅱ區(qū)寬度和位置的重要因素。在形狀大小一定的前提下,淬透性好的鋼,可以用不太快的淬火冷卻速度獲得要求的淬硬效果;而淬透性差的鋼,必須用更高的淬火冷卻速度,才有可能把它淬硬。因此,可以說,淬透性好的鋼制的工件,其第Ⅱ區(qū)的右邊界偏右;而淬透性差的鋼制的工件,其第Ⅱ區(qū)的右邊界則偏左。如以獲得一定馬氏體比例的冷卻速度為第Ⅱ區(qū)的右邊界,從鋼材的端淬曲線上比較,可以作成圖15。圖15a是淬透性好的鋼的冷卻速度分區(qū)圖。圖15b是淬透性差的鋼的分區(qū)圖。容易看出,淬透性好的鋼,其第Ⅱ區(qū)較寬,而淬透性差的鋼,其第Ⅱ區(qū)則較窄。同時,由于淬透性好的鋼容易淬裂,其第Ⅱ區(qū)的左邊界偏右,而淬透性差的鋼的左邊界則偏左。由于淬透性差的鋼的第Ⅱ區(qū)較窄,通常就不適于制造形狀較復雜的工件。原因很簡單,復雜工件的冷卻速度帶寬,窄的第Ⅱ區(qū)把它“裝不下”。事實上,相當一部分形狀復雜工件的淬火變形問題,最終是靠改換鋼種,即從淬透性較差的鋼,改換成淬透性更高的鋼,才得到解決的。因為,常用的熱處理設備,實在不可能把工件冷卻速度帶的寬度壓縮到所用鋼種窄小的第Ⅱ區(qū)內。
到此,不難用冷卻速度帶法去解釋零件設計上選擇鋼種的一些原則。比如,淬透性差的鋼,只適合于制造形狀簡單的小工件。又如,在都能保證工件淬硬的鋼種中,形狀復雜的工件,應當選用淬透性偏高的鋼種,只有形狀簡單的工件才適合選用其中淬透性偏低的鋼種。

六、影響第Ⅱ區(qū)寬度和位置的主要因素分析
1.工件形狀大小對第Ⅱ區(qū)的影響
我們將在鋼材和冷卻條件相同的前提下,討論工件形狀大小對第Ⅱ區(qū)的影響。一般來說,同樣的冷卻速度差,在形狀復雜的工件上引起的內應力總是比在形狀簡單工件上的要大。因此,工件的形狀越簡單,厚薄相差越小,它承受冷卻速度快慢的能力就越強,它的第Ⅱ區(qū)也就越寬;相反,形狀復雜工件的第Ⅱ區(qū)也就更窄,如圖13a所示。在形狀相似而尺寸較小的工件上,相同大小的冷卻速度差引起的內應力,總是比尺寸更大的工件的要小。因此,大尺寸工件的第Ⅱ區(qū)要比小尺寸工件的第n區(qū)更窄,如圖13b所示。
A_~TUJ9YZ(]6_G.jpg)
形狀復雜且壁厚相差較大的工件,通常都可以劃分成幾個形狀簡單的部分。今有一個形狀復雜的工件,可以分割成3個形狀簡單的工件,把這3個形狀簡單的工件稱為復雜件的構成件。每個構成件都有自己的第Ⅱ區(qū)。那么,復雜件的第1l區(qū)與其構成件的第Ⅱ區(qū)有什么樣的關系呢?容易推知,要能同時滿足3個構成部分的要求,復雜件的第Ⅱ區(qū)必然是這3個構成件的第Ⅱ區(qū)的共同部分,如圖14所示。
1%7B1B(@K$E.jpg)
如果用71l、 2和713分別表示3個構成件的第Ⅱ區(qū),它們組成的復雜件的第Ⅱ區(qū)記為71,則它們的關系就可以用集合代數表示成式(2)的形式。T=TI·T2·T3 ?? (2)需要說明的是,式(2)中的相乘符號不是算術上的相乘關系,而是集合代數上的相交關系。圖14中,構成件3的第Ⅱ區(qū)的左邊界成為復雜件的第Ⅱ區(qū)的左邊界,而構成件2的第n區(qū)的右邊界則成為復雜件的第Ⅱ區(qū)的右邊界。因此,寧波市神光電爐的工程師認為復雜件的第Ⅱ區(qū)總是小于(等于)任何構成件的第Ⅱ區(qū)。由此可以得出這樣的推論:工件的形狀越復雜,厚薄相差越大,它的第Ⅱ區(qū)就越窄。為了簡化討論內容,在此沒有把各組成部分在復雜件中的結合部的影響考慮進去。工件上的應力集中特性也值得關注。特定部位的應力集中系數大小會影響工件的第Ⅱ區(qū)的左右邊界的位置。應力集中系數越大,第Ⅱ區(qū)的左邊界就越靠右,相應地,工件的第Ⅱ區(qū)就越窄;相反,應力集中系數越小,第Ⅱ區(qū)的左邊界就越靠左,相應地,工件的第Ⅱ區(qū)也就越寬。歸納起來,從零件設計角度談,零件形狀越復雜、厚薄相差越大、對稱性越差以及它上面的應力集中系數越大,工件的第Ⅱ區(qū)就越窄,它的淬火變形就越難控制;相反,零件形狀簡單、厚薄相差小、對稱性好,上面的應力集中系數越小,工件的第Ⅱ區(qū)就越寬,它的淬火變形越容易控制。
2.鋼材的淬透性高低
鋼材的淬透性高低是影響工件第Ⅱ區(qū)寬度和位置的重要因素。在形狀大小一定的前提下,淬透性好的鋼,可以用不太快的淬火冷卻速度獲得要求的淬硬效果;而淬透性差的鋼,必須用更高的淬火冷卻速度,才有可能把它淬硬。因此,可以說,淬透性好的鋼制的工件,其第Ⅱ區(qū)的右邊界偏右;而淬透性差的鋼制的工件,其第Ⅱ區(qū)的右邊界則偏左。如以獲得一定馬氏體比例的冷卻速度為第Ⅱ區(qū)的右邊界,從鋼材的端淬曲線上比較,可以作成圖15。圖15a是淬透性好的鋼的冷卻速度分區(qū)圖。圖15b是淬透性差的鋼的分區(qū)圖。容易看出,淬透性好的鋼,其第Ⅱ區(qū)較寬,而淬透性差的鋼,其第Ⅱ區(qū)則較窄。同時,由于淬透性好的鋼容易淬裂,其第Ⅱ區(qū)的左邊界偏右,而淬透性差的鋼的左邊界則偏左。由于淬透性差的鋼的第Ⅱ區(qū)較窄,通常就不適于制造形狀較復雜的工件。原因很簡單,復雜工件的冷卻速度帶寬,窄的第Ⅱ區(qū)把它“裝不下”。事實上,相當一部分形狀復雜工件的淬火變形問題,最終是靠改換鋼種,即從淬透性較差的鋼,改換成淬透性更高的鋼,才得到解決的。因為,常用的熱處理設備,實在不可能把工件冷卻速度帶的寬度壓縮到所用鋼種窄小的第Ⅱ區(qū)內。

到此,不難用冷卻速度帶法去解釋零件設計上選擇鋼種的一些原則。比如,淬透性差的鋼,只適合于制造形狀簡單的小工件。又如,在都能保證工件淬硬的鋼種中,形狀復雜的工件,應當選用淬透性偏高的鋼種,只有形狀簡單的工件才適合選用其中淬透性偏低的鋼種。