热处理变形：去应力、加工余量与基准策略
没有人会对零件在热处理中发生移动感到意外。让人意外的是，最终成本有多大一部分，是由零件入炉之前的决策决定的。
这些决策有三项：留多少余量，是否去应力，以及之后要从哪些面重新定位。
移动来自哪里
有两种机制，值得区分开来，因为对策不同。
相变引起的体积变化。 奥氏体转变为马氏体，而马氏体占据更大的体积。每个零件都会胀大。对典型的工具钢，线性胀大大约在 0.1-0.2% 的范围，受残留奥氏体含量和回火影响。它大体均匀，大体可预测，因此可以预先计划。
热梯度和残余应力引起的变形。 零件加热和冷却不均匀，不同部位在不同时间发生相变，轧制、锻造或粗加工时锁在里面的残余应力随之释放。这不均匀，细节上也不可预测。它会把一块板扭成薯片。
去应力要对付的是后者。
去应力，以及为什么粗加工是触发点
轧制或锻造的方块到货时带有内应力。粗加工不对称地去除材料，会打破这种应力的平衡，方块随即移动：有时立刻，有时在炉中。
整体淬火零件的标准顺序是：
- 粗加工，留足够的余量，大方块通常单边 2-3 mm。
- 去应力。 加热至 600-675 °C，每 25 mm 截面大约保温一小时，缓冷。零件在这里以可控的方式移动，不造成损害。
- 半精加工，修正已经移动的部分，留出真正的热处理余量。
- 淬火并回火。
- 精加工或磨削。
对大型或不对称零件省掉第 2 步，是方块从炉里出来后无法挽回的最常见原因。
对于已经淬硬、要进行精磨的零件，粗磨后做一次低温去应力，通常比回火温度低 25-55 °C，可以在不影响硬度的情况下去除磨削应力。
该留多少余量
这是工厂最希望在您图纸上看到的数字，也是最常缺失的数字。
热处理后余量的大致指导：
| 零件类型 | 单边余量 |
|---|---|
| 小型、简单、空淬钢（A2、D2） | 0.1-0.2 mm |
| 中型方块，空淬钢 | 0.2-0.4 mm |
| 大型板件（>300 mm），空淬钢 | 0.4-0.8 mm |
| 油淬钢（O1、厚截面 S7） | 0.3-1.0 mm |
| 薄壁或不对称部位，任何牌号 | 增加 50-100% |
空淬钢的移动远小于油淬钢，这是 O1 与 A2 对比的核心论点。选择空淬钢，往往比花钱把油淬的变形加工掉更便宜。
要避免两种失败：
余量太少。 零件的移动超过您留的量，凹处无法清理干净，方块带着之前已投入的所有加工一起报废。
余量太多。 此时您要对每个表面硬铣或磨掉 1 mm 的 60 HRC 钢材。这既慢又贵，还会向零件里输入热量。参见热处理后加工。
基准策略：人人都忘记的部分
这里有一种代价最高、却最少被讨论的失败。
您加工一个零件，其特征从两个基准面标注尺寸。它送去热处理，回来后，这些基准面已经移动：不再平整，彼此不再垂直，也不在原来的位置。
工厂现在必须先重新建立基准，才能精加工任何东西。如果您没有说明如何做，它们就会自己选。如果它们的选择与您公差的参照方式不同，每个尺寸都会从错误的位置测量，零件在几何上没问题，检测却不合格。
该怎么做：
明确指定热处理后的基准。 加一条备注：“热处理后，通过磨削重新建立基准 A 和 B；两面各留 0.3 mm 余量。”
基准面比其他任何面都要多留余量。 它们必须被完全清理干净，因为其他一切都以它们为参照。
尽可能让基准又大、又平、又落在实心材料上。 薄法兰上的基准，比 40 mm 厚截面上的基准移动得更多。
考虑牺牲基准。 一个额外的特征，例如加工出的凸台或一对铰孔，它的唯一目的是在热处理后给零件定位，最后被去除。在复杂模具上这是常规做法，值得为此多用材料。
图纸上该写什么
一段简短的热处理备注，涵盖四件事：
热处理
1. 粗加工，650 °C 去应力，每 25 mm 截面 1 小时，缓冷。
2. 淬火并回火至 58-60 HRC。两次回火。
3. 热处理后余量：单边 0.3 mm；基准 A 和 B 为 0.5 mm。
4. 精加工之前，通过磨削重新建立基准 A 和 B。四行。它们消除了让淬硬钢报价差异悬殊的大部分歧义，也杜绝了把一块 30 小时工时的方块变成废品的失败模式。
把这段备注连同图纸一起放进询价发送，不同工厂的报价就可以直接比较，因为它们对的是同一个方案。