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分析和控制淬火变形的冷却速度带法介绍(7)
按照本文图2拟定的思路，不难得看出：可以有两种办法使工件的冷却速度带完全落在它的第Ⅱ区内；办法之一，是通过移动或者缩短冷却速度带，使其完全落人第【l区之内；办法之二，是通过移动第Ⅱ区的边界，来把冷却速度带框进第Ⅱ区内。图l2是这两种方法的示意图。从第一种方法的作用途径可以推知，能缩短工件冷却速度带，以及能定向移动冷却速度带的方法都可能成为减小工件淬火变形趋势的措施。从第2种方法的作用途径又可以推知，能扩大工件第Ⅱ区的方法，都口J能成为减小工件淬火变形趋势的措施。前面已经介绍-r第一种方法及其相关的事项。下面接着对第2种方法进行讨论。
六、影响第Ⅱ区宽度和位置的主要因素分析
1．工件形状大小对第Ⅱ区的影响
我们将在钢材和冷却条件相同的前提下，讨论工件形状大小对第Ⅱ区的影响。一般来说，同样的冷却速度差，在形状复杂的工件上引起的内应力总是比在形状简单工件上的要大。因此，工件的形状越简单，厚薄相差越小，它承受冷却速度快慢的能力就越强，它的第Ⅱ区也就越宽；相反，形状复杂工件的第Ⅱ区也就更窄，如图13a所示。在形状相似而尺寸较小的工件上，相同大小的冷却速度差引起的内应力，总是比尺寸更大的工件的要小。因此，大尺寸工件的第Ⅱ区要比小尺寸工件的第n区更窄，如图13b所示。
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形状复杂且壁厚相差较大的工件，通常都可以划分成几个形状简单的部分。今有一个形状复杂的工件，可以分割成3个形状简单的工件，把这3个形状简单的工件称为复杂件的构成件。每个构成件都有自己的第Ⅱ区。那么，复杂件的第1l区与其构成件的第Ⅱ区有什么样的关系呢?容易推知，要能同时满足3个构成部分的要求，复杂件的第Ⅱ区必然是这3个构成件的第Ⅱ区的共同部分，如图14所示。
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如果用71l、 2和713分别表示3个构成件的第Ⅱ区，它们组成的复杂件的第Ⅱ区记为71，则它们的关系就可以用集合代数表示成式(2)的形式。T=TI·T2·T3 ⋯⋯ (2)需要说明的是，式(2)中的相乘符号不是算术上的相乘关系，而是集合代数上的相交关系。图14中，构成件3的第Ⅱ区的左边界成为复杂件的第Ⅱ区的左边界，而构成件2的第n区的右边界则成为复杂件的第Ⅱ区的右边界。因此，宁波市神光电炉的工程师认为复杂件的第Ⅱ区总是小于(等于)任何构成件的第Ⅱ区。由此可以得出这样的推论：工件的形状越复杂，厚薄相差越大，它的第Ⅱ区就越窄。为了简化讨论内容，在此没有把各组成部分在复杂件中的结合部的影响考虑进去。工件上的应力集中特性也值得关注。特定部位的应力集中系数大小会影响工件的第Ⅱ区的左右边界的位置。应力集中系数越大，第Ⅱ区的左边界就越靠右，相应地，工件的第Ⅱ区就越窄；相反，应力集中系数越小，第Ⅱ区的左边界就越靠左，相应地，工件的第Ⅱ区也就越宽。归纳起来，从零件设计角度谈，零件形状越复杂、厚薄相差越大、对称性越差以及它上面的应力集中系数越大，工件的第Ⅱ区就越窄，它的淬火变形就越难控制；相反，零件形状简单、厚薄相差小、对称性好，上面的应力集中系数越小，工件的第Ⅱ区就越宽，它的淬火变形越容易控制。
2．钢材的淬透性高低
钢材的淬透性高低是影响工件第Ⅱ区宽度和位置的重要因素。在形状大小一定的前提下，淬透性好的钢，可以用不太快的淬火冷却速度获得要求的淬硬效果；而淬透性差的钢，必须用更高的淬火冷却速度，才有可能把它淬硬。因此，可以说，淬透性好的钢制的工件，其第Ⅱ区的右边界偏右；而淬透性差的钢制的工件，其第Ⅱ区的右边界则偏左。如以获得一定马氏体比例的冷却速度为第Ⅱ区的右边界，从钢材的端淬曲线上比较，可以作成图15。图15a是淬透性好的钢的冷却速度分区图。图15b是淬透性差的钢的分区图。容易看出，淬透性好的钢，其第Ⅱ区较宽，而淬透性差的钢，其第Ⅱ区则较窄。同时，由于淬透性好的钢容易淬裂，其第Ⅱ区的左边界偏右，而淬透性差的钢的左边界则偏左。由于淬透性差的钢的第Ⅱ区较窄，通常就不适于制造形状较复杂的工件。原因很简单，复杂工件的冷却速度带宽，窄的第Ⅱ区把它“装不下”。事实上，相当一部分形状复杂工件的淬火变形问题，最终是靠改换钢种，即从淬透性较差的钢，改换成淬透性更高的钢，才得到解决的。因为，常用的热处理设备，实在不可能把工件冷却速度带的宽度压缩到所用钢种窄小的第Ⅱ区内。
到此，不难用冷却速度带法去解释零件设计上选择钢种的一些原则。比如，淬透性差的钢，只适合于制造形状简单的小工件。又如，在都能保证工件淬硬的钢种中，形状复杂的工件，应当选用淬透性偏高的钢种，只有形状简单的工件才适合选用其中淬透性偏低的钢种。
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六、影响第Ⅱ区宽度和位置的主要因素分析
1．工件形状大小对第Ⅱ区的影响
我们将在钢材和冷却条件相同的前提下，讨论工件形状大小对第Ⅱ区的影响。一般来说，同样的冷却速度差，在形状复杂的工件上引起的内应力总是比在形状简单工件上的要大。因此，工件的形状越简单，厚薄相差越小，它承受冷却速度快慢的能力就越强，它的第Ⅱ区也就越宽；相反，形状复杂工件的第Ⅱ区也就更窄，如图13a所示。在形状相似而尺寸较小的工件上，相同大小的冷却速度差引起的内应力，总是比尺寸更大的工件的要小。因此，大尺寸工件的第Ⅱ区要比小尺寸工件的第n区更窄，如图13b所示。
形状复杂且壁厚相差较大的工件，通常都可以划分成几个形状简单的部分。今有一个形状复杂的工件，可以分割成3个形状简单的工件，把这3个形状简单的工件称为复杂件的构成件。每个构成件都有自己的第Ⅱ区。那么，复杂件的第1l区与其构成件的第Ⅱ区有什么样的关系呢?容易推知，要能同时满足3个构成部分的要求，复杂件的第Ⅱ区必然是这3个构成件的第Ⅱ区的共同部分，如图14所示。
如果用71l、 2和713分别表示3个构成件的第Ⅱ区，它们组成的复杂件的第Ⅱ区记为71，则它们的关系就可以用集合代数表示成式(2)的形式。T=TI·T2·T3 ⋯⋯ (2)需要说明的是，式(2)中的相乘符号不是算术上的相乘关系，而是集合代数上的相交关系。图14中，构成件3的第Ⅱ区的左边界成为复杂件的第Ⅱ区的左边界，而构成件2的第n区的右边界则成为复杂件的第Ⅱ区的右边界。因此，宁波市神光电炉的工程师认为复杂件的第Ⅱ区总是小于(等于)任何构成件的第Ⅱ区。由此可以得出这样的推论：工件的形状越复杂，厚薄相差越大，它的第Ⅱ区就越窄。为了简化讨论内容，在此没有把各组成部分在复杂件中的结合部的影响考虑进去。工件上的应力集中特性也值得关注。特定部位的应力集中系数大小会影响工件的第Ⅱ区的左右边界的位置。应力集中系数越大，第Ⅱ区的左边界就越靠右，相应地，工件的第Ⅱ区就越窄；相反，应力集中系数越小，第Ⅱ区的左边界就越靠左，相应地，工件的第Ⅱ区也就越宽。归纳起来，从零件设计角度谈，零件形状越复杂、厚薄相差越大、对称性越差以及它上面的应力集中系数越大，工件的第Ⅱ区就越窄，它的淬火变形就越难控制；相反，零件形状简单、厚薄相差小、对称性好，上面的应力集中系数越小，工件的第Ⅱ区就越宽，它的淬火变形越容易控制。
2．钢材的淬透性高低
钢材的淬透性高低是影响工件第Ⅱ区宽度和位置的重要因素。在形状大小一定的前提下，淬透性好的钢，可以用不太快的淬火冷却速度获得要求的淬硬效果；而淬透性差的钢，必须用更高的淬火冷却速度，才有可能把它淬硬。因此，可以说，淬透性好的钢制的工件，其第Ⅱ区的右边界偏右；而淬透性差的钢制的工件，其第Ⅱ区的右边界则偏左。如以获得一定马氏体比例的冷却速度为第Ⅱ区的右边界，从钢材的端淬曲线上比较，可以作成图15。图15a是淬透性好的钢的冷却速度分区图。图15b是淬透性差的钢的分区图。容易看出，淬透性好的钢，其第Ⅱ区较宽，而淬透性差的钢，其第Ⅱ区则较窄。同时，由于淬透性好的钢容易淬裂，其第Ⅱ区的左边界偏右，而淬透性差的钢的左边界则偏左。由于淬透性差的钢的第Ⅱ区较窄，通常就不适于制造形状较复杂的工件。原因很简单，复杂工件的冷却速度带宽，窄的第Ⅱ区把它“装不下”。事实上，相当一部分形状复杂工件的淬火变形问题，最终是靠改换钢种，即从淬透性较差的钢，改换成淬透性更高的钢，才得到解决的。因为，常用的热处理设备，实在不可能把工件冷却速度带的宽度压缩到所用钢种窄小的第Ⅱ区内。
到此，不难用冷却速度带法去解释零件设计上选择钢种的一些原则。比如，淬透性差的钢，只适合于制造形状简单的小工件。又如，在都能保证工件淬硬的钢种中，形状复杂的工件，应当选用淬透性偏高的钢种，只有形状简单的工件才适合选用其中淬透性偏低的钢种。
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