三、正確認(rèn)識(shí)淬火變形的原因
        按理說，找到了引起淬火變形的原因，問題就容易得到解決。但是，由于淬火變形問題的復(fù)雜性，找準(zhǔn)原因可不是一件容易的事情。原因找錯(cuò)了，麻煩就大了。一旦發(fā)生了淬火變形，就不分青紅皂白地認(rèn)為“是工件的淬火冷卻速度太快了”，這是經(jīng)驗(yàn)不足的人最容易犯的錯(cuò)誤。一般說，引起工件淬火變形的原因，既有淬火冷卻過程中的問題，也有淬火冷卻之前的問題。在討論影響第Ⅱ區(qū)的寬度和位置的因素之前，我們暫時(shí)不涉及淬火冷卻之前的原因，而只考慮與淬火冷卻過程有關(guān)的問題。下面，將結(jié)合本文介紹的方法，分析幾個(gè)淬火變形的原因。
          (1)北京某廠的熱處理工藝車間曾經(jīng)遇到過一個(gè)奇怪事情。該廠淬火一批不算大的45鋼齒輪，因?yàn)樵擃惞ぜ斜容^嚴(yán)格的變形程度要求，決定在普通機(jī)油中淬火。但是，淬火后發(fā)現(xiàn)變形程度嚴(yán)重超差，而且淬火態(tài)硬度高低不均。經(jīng)過研究，現(xiàn)場工作者認(rèn)為“淬火變形是淬火時(shí)的內(nèi)應(yīng)力過大引起的，而淬火冷卻速度過快是引起大的內(nèi)應(yīng)力的惟一原因”。于是，在后來的熱處理中，采取了諸如降低淬火加熱溫度、停止在油中的擺動(dòng)，以及在空氣中預(yù)冷后再入油淬火等措施及其組合。經(jīng)過很長一段時(shí)間摸索，問題始終得不到解決。生產(chǎn)試驗(yàn)中，有個(gè)技術(shù)人員一賭氣，干脆把幾個(gè)工件先后投入淬火水槽中，算破罐子破摔了。等花費(fèi)半天時(shí)間，檢查發(fā)現(xiàn)所有油淬工件的變形仍然不合格之后，才有人想起水槽中還有幾個(gè)工件，撈出來一檢查，變形程度全部合格!但是，每個(gè)工件上都有幾條小的淬火裂紋。這種結(jié)果讓他們百思而不得其解?，F(xiàn)在，用冷卻速度帶法來分析這種工件的淬火變形原因。45鋼的淬透性較差，在普通機(jī)油淬火，稍厚的工件就淬不硬。用圖2的方法來分析，是工件的冷卻速度帶部分落入了第Ⅲ冷速區(qū)而產(chǎn)生了超差的淬火變形。如果再采取降低淬火冷卻速度的辦法，還將使工件的冷卻速度帶更多，甚至全部落入第Ⅲ冷速區(qū)。因此，不可能減小工件的淬火變形。作為淬火冷卻介質(zhì)，水的第一大缺點(diǎn)是低溫冷卻速度太快，所以投入水中的幾個(gè)工件都淬裂了。由表l中看到，進(jìn)入第1冷速區(qū)的淬火效果是硬度很高，可能發(fā)生淬裂，但變形不一超差。這說明，在水中淬火使工件進(jìn)入了它的第一冷速區(qū)，即過快冷速區(qū)(如圖3所示)。
 
按照冷卻速度帶法，這一淬火變形問題應(yīng)當(dāng)采取使工件的冷卻速度帶向左移入第二冷速區(qū)的辦法來解決。具體的辦法是，改用冷卻速度高于普通機(jī)油的淬火介質(zhì)，比如快速淬火油，或者比自來水的低溫冷卻速度更慢的水溶性淬火液，比如5％ 一8％的PAG淬火液。它們都能把工件的冷卻速度帶向左移人第Ⅱ冷速區(qū)之內(nèi)，從而獲得較高的淬火硬度和較小的淬火變形。圖3中，比較了普通機(jī)油、自來水和6％的PAG淬火液淬火時(shí)的冷卻速度帶的位置關(guān)系?？梢钥闯?，只有用6％的PAG淬火液，才能使該工件的冷卻速度帶完全處在第二冷速區(qū)中。
        (2)某汽車板簧廠用13％的PAG淬火液處理6～8mm厚的60Si2Mn板簧時(shí)，板簧硬度和變形情況都令人滿意。但是在處理10—12mm厚的60s Mn板簧時(shí)，卻發(fā)生了淬火硬度偏低且變形過大的熱處理質(zhì)量問題。反復(fù)檢查生產(chǎn)工藝和操作方法，始終找不出任何疏漏。請來的專家分析認(rèn)為：其變形大的原因是由于熱處理應(yīng)力過大，而熱處理應(yīng)力過大是由于淬火冷卻速度過快。因此，提出了減小淬火冷卻速度的幾項(xiàng)措施：將PAG淬火液濃度提高到15％，把淬火液的使用溫度升高20~C，并且把板簧的淬火加熱溫度降低20~C。令人不解的是，進(jìn)行這樣的改動(dòng)后，不僅板簧的淬火變形進(jìn)一步增大，連板簧的淬火態(tài)硬度也降低到30HRC。事后，這個(gè)問題的正確的解決辦法不是降低工件的淬火冷卻速度，而是提高工件的淬火冷卻速度。具體做法是，在采用原來的淬火加熱參數(shù)的同時(shí)，把PAG淬火液的濃度從13％降低到8％ 一10％之間。其結(jié)果，所有問題一下子就都解決了。采用冷卻速度帶法來分析這一淬火變形問題，僅從變形大和硬度偏低，就可以確定工件的冷卻速度帶進(jìn)入了第Ⅲ冷速區(qū)(如圖4所示)。根據(jù)工程師總結(jié)的解決辦法當(dāng)然是提高工件的淬火冷卻速度，而不是降低它。即便不用本方法分析這個(gè)問題，根據(jù)薄板簧用13％的淬火液能夠滿足熱處理要求，加上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)厚板簧的淬火硬度偏低這兩點(diǎn)，
 
也容易發(fā)現(xiàn)問題在于淬火冷卻速度偏低了。為什么神光電爐有限公司的現(xiàn)場技術(shù)人員和有關(guān)專家都做出了錯(cuò)誤的判斷?這說明，在熱處理行業(yè)，對淬火變形的產(chǎn)生原因，不少人有著簡單而且僵化的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。冷卻速度帶法認(rèn)為，工件的冷卻速度帶只要伸出了第Ⅱ冷速區(qū)，不管是因?yàn)槔鋮s速度過快，還是因?yàn)槔鋮s速度過慢，淬火后工件都可能發(fā)生超差的淬火變形，而且因冷卻速度過慢，也就是進(jìn)入了第Ⅲ冷速區(qū)而引起的變形更大。調(diào)查表明，一般結(jié)構(gòu)鋼工件發(fā)生的超差淬火變形，大部分是因?yàn)檫M(jìn)入第Ⅲ冷速區(qū)所至。因此，解決這類淬火變形問題的努力方向，主要是提高工件的淬火冷卻速度。只有少數(shù)工件的超差淬火變形是因?yàn)楣ぜ睦鋮s速度帶進(jìn)入第1區(qū)而產(chǎn)生的。而解決這后一類淬火變形問題的改進(jìn)方向，往往是向右移動(dòng)或者縮短工件的冷卻速度帶，使其完全落人第Ⅱ冷速區(qū)內(nèi)。