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關(guān)于鍛件的熱應力和相變應力

發(fā)布時(shí)間:2023-08-09 人氣:

       鍛件經(jīng)過(guò)退火、正火、淬火、回火及表面改性熱處理后,都可能產(chǎn)生熱處理畸變。產(chǎn)生畸變的根本原因,在于鍛件在熱處理時(shí)產(chǎn)生的內應力,即由于內外溫差及組織轉變的不同時(shí)性,使熱處理后的鍛件殘存有內應力。

       這種應力在熱處理過(guò)程的某一瞬間超過(guò)鋼的屈服點(diǎn)時(shí),便會(huì )引起鍛件的畸變。熱處理過(guò)程中產(chǎn)生的內應力有熱應力和相變應力,它們的形成原因和作用是不同的。

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       鍛件在加熱和冷卻時(shí)伴有熱脹冷縮現象,當鍛件表面與心部由于加熱或冷卻速度不同,造成溫度差,其體積的膨脹或收縮在表面與心部也就不一樣,這種由于溫度差而產(chǎn)也體積變化的不同時(shí)性所引起的內應力,稱(chēng)為熱應力。

       鍛件在熱處理過(guò)程中,其熱應力的變化主要表現為:鍛件加熱時(shí),表面升溫速度快于心部,表面溫度高而膨脹,心部溫度低而未膨脹,此時(shí)表面受壓應力,心部受拉應力。當鍛件透熱后,心部溫度升高而膨脹,此時(shí)鍛件表現出體積膨脹;工件冷卻時(shí),表層冷卻速度快于心部,表層要收縮,心部溫度高阻止收縮,對表層產(chǎn)生拉應力,心部則產(chǎn)生壓應力,當冷卻到一定溫度時(shí),表層巳經(jīng)冷硬不再收縮,而心部由于繼續冷卻要發(fā)生收縮,此時(shí)表層受到壓應力,而心部則受拉應力,在冷卻結束后此應力仍存在于鍛件內部,稱(chēng)為殘留應力。

       鍛件熱處理過(guò)程中發(fā)生組織轉變時(shí),由于不同組織的質(zhì)量體積不同,因此鍛件必然發(fā)生質(zhì)量體積變化。由于鍛件表面和心部存在溫度差,因此表面與心部組織轉變不及時(shí),這樣內外質(zhì)量體積變化不同就會(huì )產(chǎn)生內應力。這種由于組織轉變的不同時(shí)性所引起的內應力,稱(chēng)為相變應力。

       鋼中各基本組織的質(zhì)量體積,是按奧氏體、珠光體、索氏體、屈氏體、下貝氏體,回火馬氏體及馬氏體的順序,依次增大。例如,鍛件淬火快冷時(shí),由于表層先冷至他點(diǎn),所以表層由奧氏體轉變?yōu)轳R氏體,體積脹大,但是心部仍處于奧氏體狀態(tài),阻止表層的脹大,因此鍛件心部受到拉應力,表層受到壓應力;當繼續冷卻時(shí),表層溫度降低,不再脹大,而心部由于轉變?yōu)轳R氏體,體積要繼續脹大,因此,將受到表層阻止,于是心部受到壓應力,表層受到拉應力。在冷卻結朿后,此應力仍然存在于鍛件內部,成為殘留應力。

       因此,在淬火冷卻過(guò)程中,熱應力與相變應力的變化是相反的,最終殘留在鍛件內部的兩種應力也是相反的。熱應力和相變應力的合成應力,稱(chēng)為淬火內應力。當這種殘留在鍛件內部的內應力超過(guò)鋼的屈服點(diǎn)時(shí),會(huì )使工件產(chǎn)生塑性變形,就造成鍛件的畸變。


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