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)應力的主要原因。

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

       工件熱處理后的殘余應力是上述幾種內(nèi)應力的綜合作用結(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力和組織應力能夠通過鍛件中的塑性變形、回復與再結(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力和組織應力的疊加結(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，減小淬火應力，使心部熱量逐步傳導出來，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，降低淬火應力，調(diào)整輥面硬度滿足技術(shù)要求范圍。

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