模具钢材工件几何形状对热处理变形的影响
几何形状复杂，截面形状不对称的模具钢材工件，例如带有键槽的轴，键槽拉刀、塔形工件等，淬火冷却时，一个面散热快，冷却速度大；另一面散热慢，冷却速度小，也就是说截面形状不对称的工件淬火冷却是一种不均匀的冷却。这种不均匀淬火冷却对变形的影响可以用一个形状简单的长板形工件横向入油淬火为例加以说明。假设一板状工件因淬火操作不当横向入油淬火，由于平板下表面化先入油，故下表面比上表面冷却快，根据其上下表面及心部温度随冷却时间的变化，则为不同冷却时刻截面温度的分布。τ1表示冷却开始时，上下表面都比心部冷却快，温度比心部低，但是心表温差引起的瞬时热应力尚未达到材料的屈服强度；随着冷却继续进行，温度的降低，瞬时热应力和材料的屈服强度都在升高，但由于下表面冷却快，其屈服强度高于上表面的屈服强度。于τ2时刻，心部和上表面的瞬时热应力达到材料的屈服强度时，上表面在拉应力作用下伸长，心部在压应力作用下被压缩，结果使板向上拱，即冷却快的下表面成为凹面。进一步冷却至τ3和τ4时刻时，随着心部温度的降低和收缩，热应力减小并发生应力反向，但由于材料的屈服强度升高，热应力不再引起塑性变形，即热应力造成的变形是使工件向冷却慢的一面凸起。冷却到Ms点以下发生马氏体转变时，其应力与变形叠加的结果。如果在Ms点以上的不均匀冷却引起的变形占优势，则冷却快的一面为凸面，工件向冷却慢的一面弯曲。

表1为形状不对称的Cr12MoV钢制零件实测的热处理变形情况。淬火加热温度为1020℃，等温温度为220～250℃，等温后空冷。结果表明，Ms点以下的不均匀冷却引起的残余奥氏体更加稳定，减小空冷后的马氏体转变量，可使工件的变形量显著减小。

表1      Cr12MoV钢制不对称工件热处理变形情况
序号 等温时间/h 由等温槽取出后的弯曲/mm 冷却终了时的弯曲变形/mm
1 0 薄刃面凹≈0.5 薄刃面凸≈1.5
2 2 薄刃面凹≈0.3 薄刃面凸≈0.5
3 18 0 薄刃面凸0.08

分析工件受不均匀冷却的变形时，准确判断哪一个面冷却快是很重要的，否则会得出相反的结论。实践表明，工件形状愈不对称，或冷却的不均匀性愈大，淬火后的变形也愈明显。