熱脹冷縮是自然界的一種基本規(guī)律，鋼在加熱或冷卻時也要發(fā)生膨脹或收縮；相變時也有膨脹和收縮。鋼中基本相的比容關(guān)系是：馬氏體>鐵素體>珠光體>奧氏體>碳化物，比容大的相轉(zhuǎn)變?yōu)楸热菪∠鄷r體積要收縮，反之體積要膨脹。

       鍛件在加熱或冷卻時，其內(nèi)外不可能同時均勻地被加熱或冷卻，工件內(nèi)外存在著溫差，從而引起比容差。同樣工件在加熱或冷卻時，其心部和表面也不可能同時發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，因而也引起比容差。這些比容差就是熱處理時產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力的主要原因。

       其中由工件內(nèi)外溫差所引起的內(nèi)應(yīng)力稱為“熱應(yīng)力”，而由工件內(nèi)外組織轉(zhuǎn)變的時刻不同所引起的內(nèi)應(yīng)力稱為“組織應(yīng)力”，此外還有沿工件截面上的組織差異所引起的應(yīng)力。

       工件熱處理后的殘余應(yīng)力是上述幾種內(nèi)應(yīng)力的綜合作用結(jié)果。工件加熱時，加熱時間較長，有較充分的保溫時間，而且鍛件在高溫下具有良好的塑形，所以可以認為加熱時的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力能夠通過鍛件中的塑性變形、回復(fù)與再結(jié)晶等過程松弛掉，因而可以認為熱處理后鍛件中剩下的僅僅是冷卻過程中的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力的疊加結(jié)果，這樣問題就簡便些了。

       硬度要求較高的鍛件最終熱處理工藝主要是應(yīng)用噴霧淬火工藝。

       加熱時，可以利用普通的熱處理爐透燒加熱，根據(jù)輥身直徑確定保溫時間，使部分球狀的二次碳化物分解，固溶到奧氏體當中并均勻化。曾經(jīng)采用過差溫快速加熱工藝，差溫加熱對減小淬火應(yīng)力是有利的，但它使軋輥心部強度維持在退火強度水平且單件加熱生產(chǎn)效率低，對于這種深孔型的熱軋輥并不合適。

       鍛件的噴霧淬火在嚴格意義上并不是真正屬于淬火，因為相變?nèi)允侵楣怏w型轉(zhuǎn)變，只是加速冷卻使珠光體型組織細化，得到索式體，最終組織為索式體+塊狀一次共晶碳化物+顆粒狀二次碳化物。借此增加強度、硬度和耐磨性。

       由這種工藝思路出發(fā)，將淬火過程分為噴霧、噴風兩個噴冷階段。在噴冷的第一階段，軋輥溫度很高，選擇較強的噴水霧快速冷卻，迅速將軋輥表面層溫度壓低到適當溫度以下，以抑制先共析碳化物析出，從而杜絕網(wǎng)狀碳化物的出現(xiàn)。隨后的第二階段冷卻可以減緩冷卻強度采取噴風方式，減小淬火應(yīng)力，使心部熱量逐步傳導(dǎo)出來，待輥面冷卻到450-550℃時軋輥表層已完全相變，可以結(jié)束噴冷轉(zhuǎn)入回火。

       進入回火階段首先在400-500℃中溫保持，使心部充分轉(zhuǎn)變后升溫到550-650℃高溫回火，降低淬火應(yīng)力，調(diào)整輥面硬度滿足技術(shù)要求范圍。

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