一、淬火變形問題應(yīng)當(dāng)有簡單化的分析和解決辦法
        工件的淬火變形問題是當(dāng)今熱處理行業(yè)，乃至機(jī)械制造行業(yè)的重大難題。說它“難”，一是指變形問題“太復(fù)雜”和“牽涉面太廣”，從零件設(shè)計(jì)、鋼材品種及其質(zhì)量、冷熱加工和人為因素到熱處理工藝生產(chǎn)的各個細(xì)節(jié)，都可能成為淬火變形的影響因素；二是指它“幾乎無規(guī)律可循”。解決淬火變形問題的措施太多，且“時靈時不靈”，常讓人無所適從。國外有人把眾多的影響因素歸納成圖1所示的魚骨架圖。為了把圖中所列分散
     
通常所說的淬火變形既包括工件在淬火冷卻過程中產(chǎn)生的變形，也包括工件淬火加熱中以及工件向淬火液轉(zhuǎn)移中發(fā)生的變形。后兩類原因引起的變形，一般可以稱為外力引起的變形。外力引起的變形原因比較簡單，問題比較容易解決。淬火冷卻過程中發(fā)生的變形，主要是冷卻過程中的內(nèi)應(yīng)力引起的。內(nèi)應(yīng)力引起變形的情況要復(fù)雜得多。本文所研究的就是這類淬火變形問題。任何一種簡化復(fù)雜的淬火變形問題的通用方法，都必然有它簡化淬火變形問題的角度或者說思路。以不同的思路人手去簡化淬火變形問題，建立的方法也不會相同。在此介紹的冷卻速度帶法認(rèn)為，所有影響工件淬火變形的因素，都通過對工件兩個特性的作用而影響工件的淬火變形。第一個特性是，工件承受淬火冷卻速度快慢的能力；第二個特性是，工件在淬火冷卻中獲得的冷卻速度的快慢。只有把工件獲得的冷卻速度的快慢程度完全控制在它所能承受的冷卻速度的快慢能力之內(nèi)，才能獲得工件要求的淬火硬度、淬硬層深度、不淬裂，以及淬火變形不超差的淬火結(jié)果。相反，工件淬火冷卻中獲得的冷卻速度的快慢范圍，一旦超出了該工件所能承受的淬火冷卻速度快慢的能力范圍，不管是快了，還是慢了，都會使該工件發(fā)生超差的變形、淬裂或淬火硬度不足等問題。下面，將以此為基礎(chǔ)，建立和討論解決工件淬火變形問題的冷卻速度帶法。
二、冷卻速度帶法的基本思路
        我們用圖2所示的方式來說明上述兩個特性的關(guān)系。圖2中，橫坐標(biāo)表示冷卻速度。由于后面將要說明的原因，我們約定：從左向右，冷卻速度是減小的。
 
圖2中把冷卻速度由快到慢劃分成三個區(qū)域，分別稱為第1、第Ⅱ和第Ⅲ冷卻速度區(qū)。冷卻速度坐標(biāo)軸下面的長方形圖形，代表工件(嚴(yán)格說，應(yīng)當(dāng)是工件上參與淬火變形部位)在淬火冷卻中實(shí)際獲得的冷卻速度的快慢。把該長方形稱為工件的冷卻速度帶，即該工件在淬火冷卻中不同部位獲得的冷卻速度所覆蓋的冷卻速度范圍。長方形的左端稱為冷卻速度帶法的快端，右端稱為冷卻速度帶法的慢端。一般說，快端代表工件上有效厚度小，或者突出的部分獲得的冷卻速度，而慢端則代表工件上有效厚度大，或者凹進(jìn)部分獲得的冷卻速度。實(shí)際生產(chǎn)中，工件的冷卻速度帶可能落在第1區(qū)，也可能落在第Ⅱ區(qū)或者第Ⅲ區(qū)內(nèi)；還可能跨越兩個甚至三個區(qū)。按照前面的約 定，可以把工件的冷卻速度帶落在圖中三個冷卻速度區(qū)的情況及其淬火效果作成表1。
 
為了結(jié)合鋼的熱處理理論和熱處理的實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，我們再把鋼材的端淬曲線同時畫進(jìn)圖2a所示的圖線中，就得到圖2b。由于第1冷卻速度區(qū)的冷卻速度太快，對一般的結(jié)構(gòu)鋼，雖然可以獲得更高的淬火硬度，卻可能引起淬火開裂和超差的淬火變形。第Ⅲ冷卻速度區(qū)的冷卻速度不夠快，不能獲得足夠的馬氏體組織，因此工件的淬火硬度不足。由于第Ⅲ區(qū)是淬火硬度對冷卻速度差異特別敏感的區(qū)域。很小的冷卻速度差，就能引起明顯的淬火硬度變化。因此，工件的淬火硬度高低不均。因高低不均的硬度代表著馬氏體和非馬氏體組織的比例關(guān)系的迅速變化，不同組織的比容差異加上冷卻的不均勻性，往往會引起較大的淬火變形。總之，工件獲得的淬火冷卻速度快了，即它的冷卻速度帶進(jìn)入了第1冷速區(qū)，或者工件獲得的冷卻速度慢了，即它的冷卻速度帶進(jìn)入了第Ⅲ冷速區(qū)，都會引起熱處理質(zhì)量問題。只有使工件的冷卻速度帶完全落人它的第Ⅱ冷速區(qū)內(nèi)，才能獲得滿足熱處理要求的淬火冷卻效果。需要說明的是，冷卻速度帶法是一個定性的方法，這種定性的方法建立的是一套分析和解決淬火變形問題的原則思路。由于是原則思路，它的適用范圍就相當(dāng)寬。也由于是定性的方法，上面所謂的第Ⅱ區(qū)的邊界和工件冷卻速度帶的邊界，都沒有規(guī)定它們的具體數(shù)值。遇到實(shí)際工件的淬火變形問題，我們是按表I所列的淬火效果，來判斷該工件的冷卻速度帶的跨區(qū)情況，再按它的跨區(qū)情況，設(shè)法使它完全落入第Ⅱ區(qū)內(nèi)，來解決該工件的淬火變形問題。在這種思路框架下，本文主要包括兩方面的研究內(nèi)容：一是眾多有關(guān)的因素對工件承受淬火冷卻速度快慢的能力的影響規(guī)律，也就是對工件第Ⅱ區(qū)的位置和寬度的影響規(guī)律；二是眾多有關(guān)的影響因素對工件獲得的淬火冷卻速度快慢的影響規(guī)律，也就是對工件的冷卻速度
帶的位置和寬度的影響規(guī)律。影響工件第Ⅱ區(qū)的位置和寬度的因素，主要包括零件設(shè)計(jì)、鋼材品種質(zhì)量，以及淬火冷卻之前的所有冷熱加工過程的影響因素。而影響工件冷卻速度帶的因素，主要包括零件的形狀大小、鋼材品種等由零件設(shè)計(jì)所確定的因素，加上淬火冷卻的方式和條件等可以由熱處理工作者選擇和確定的因素。而本文研究的具體內(nèi)容則包括各影響因素的作用機(jī)理和作用規(guī)律，以及不同影響因素之間的相互關(guān)系及協(xié)調(diào)作用規(guī)律?？紤]到許多相同工件是大量而成批生產(chǎn)的，在一定生產(chǎn)條件下，往往只有其中的部分工件才發(fā)生超差淬火變形；本文還介紹了工件群體的淬火變形問題，并提出了減少工件群體淬火變形量的原則方法。