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一、变形的原因

钢的变形主要原因是钢中存在内应力或者外部施加的应力。内应力是因温度分布不均匀或者相变所致，残余应力也是原因之一。外应力引起的变形主要是由于工件自重而造成的“塌陷”，在特殊情况下也应考虑碰撞被加热的工件，或者夹持工具夹持所引起的凹陷等。变形包括弹性变形和塑性变形两种。尺寸变化主要是基于组织转变，故表现出同样的膨胀和收缩，但当工件上有孔穴或者复杂形状工件，则将导致附加的变形。如果淬火形成大量马氏体则发生膨胀，如果产生大量残余奥氏体则相应的要收缩。此外，回火时一般发生收缩，而出现二次硬化现象的合金钢则发生膨胀，如果进行深冷处理，则由于残余奥氏体的马氏体化而进一步膨胀，这些组织的比容都随着含碳量的增加而增大，故含碳量增加也使尺寸变化量增大。

二、淬火变形的主要发生时段

1.加热过程：工件在加热过程中，由于内应力逐渐释放而产生变形。

2.保温过程：以自重塌陷变形为主，即塌陷弯曲。

3.冷却过程：由于不均匀冷却和组织转变而至变形。

三、加热与变形

当加热大型工件时，存在残余应力或者加热不均匀，均可产生变形。残余应力主要来源于加工过程。当存在这些应力时，由于随着温度的升高，钢的屈服强度逐渐下降，即使加热很均匀，很轻微的应力也会导致变形。

  一般，工件的外缘部位残余应力较高，当温度的上升从外部开始进行时，外缘部位变形较大，残余应力引起的变形包括弹性变形和塑性变形两种。

  加热时产生的热应力和想变应力都是导致变形的原因。加热速度越快、工件尺寸越大、截面变化越大，则加热变形越大。热应力取决于温度的不均匀分布程度和温度梯度，它们都是导致热膨胀发生差异的原因。如果热应力高于材料的高温屈服点，则引起塑性变形，这种塑性变形就表现为“变形”。

  相变应力主要源于相变的不等时性，即材料一部分发生相变，而其它部分还未发生相变时产生的。加热时材料的组织转变成奥氏体发生体积收缩时可出现塑性变形。如果材料的各部分同时发生相同的组织转变，则不产生应力。为此，缓慢加热可以适当降低加热变形， 采用预热。

  此外，由于加热中因自重而出现“塌陷”变形的情况非常多，加热温度越高，加热时间越长，“塌陷”现象越严重。

内球笼和外球笼统称为球笼，被称作“等速万向节”，是轿车传动系统中的重要部件，其作用是将发动机的动力从变速器传递到两个前车轮，驱动轿车高速行驶。而钟形壳是汽车用等速万向节至关重要的零件之一，它主要由工作部分和联结部分组成，工作部分由内球面及若干沟道组成，联结部分由柄部的台阶面、外花键和外螺纹等组成。

在工作过程中，外花键柄部主要承受车辆启动和制动时的扭矩及一定的弯曲载荷，有时还要承受车辆启动和制动时因突然加速和减速所产生的冲击载荷。故其外花键柄部受到的应力主要为弯曲加扭转应力。内腔沟道表面则要承受传动轴传递扭矩时沿周向产生的钢球挤压，以及车辆在转向过程中钢球沿沟道方向运动所产生的磨损。

由于钟形壳工作承受极其复杂的交变载荷，为确保外花键齿面具有足够的硬度，外花键柄部具有高的强度、良好的耐冲击韧性和抗疲劳性能；内腔沟道表面具有高硬度、高耐磨性和高接触疲劳极限。钟形壳一般选用渗碳钢，再经过表面渗碳后淬火、回火处理，达到所要求的硬度、强度和韧性等使用性能要求。

本文对20CrMnTi内球笼钟形壳在热处理渗碳淬火过程中变形控制办法进行了研究。

1.技术条件

0458D型内球笼钟形壳的加工工艺路线为：锻造→正火→粗加工→热处理（渗碳淬火+回火）→精加工→成品。

尺寸及技术要求如下：内径￠53.04mm，壁厚8mm，有效硬化层0.8～1.2mm，芯部硬度35～48HRC，椭圆变形0.1mm以内。

检测仪器：洛氏硬度计、显微维氏硬度计、通止规和圆度仪。

2.内球笼钟形壳变形控制方法

0458D型内球笼钟形壳内腔沟道在渗碳淬火过程中易产生淬火变形，若变形较大，会影响后续的装配和使用，所以应控制好内球笼钟形壳的变形量。笔者分析机加工、工装、热处理工艺、淬火冷却介质、搅拌方式等都是决定淬火变形的因素，本文着重研究了淬火冷却介质、工艺及机加工对内球笼钟形壳变形的影响。

（1）合理选择油品

热处理设备为多用炉，生产初期使用某快速油淬火，超过75%的工件因内腔道变形较大而影响产品质量，笔者通过改变渗碳时间、淬火温度及保温时间、碳势及渗碳时间、油温及搅拌频率等来降低内腔变形量，结果都不理想， 情况是工件变形超标比例为55%，图1为0458D型内球笼钟形壳外观图，图2为钟形壳装炉方式。