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淬火内应力产生的原因及相关的因素

2012年04月01日

淬火应力一般可以分为两种。
1 、 热应力因工件加热及冷却,受热胀冷缩的影响,是工件内部产生很大的力,也叫热应力。
2 、组织应力,是工件在相变时产生的应力,由于其相变组织的不同,对工件效应也不同,有张应力和压应力两种。应力在工件热处理时,有时是同时的。但也有单一的,比较复杂具体情况,具体对待。这也是
热处理,需要再实践中才能慢慢的学习起来。
        淬火内应力--淬火过程中工件内部产生的应力。工件不同部位变温速度的差异是内应力的来源。淬火冷却时,变温速度的不均匀性最大,引发的内应力也最大,故淬火内应力实际上是淬冷过程的内应力。热应力和组织应力 材料按其热膨胀规律,在冷却时发生收缩。相邻两部位降温速度不同,导致冷却过程的任-时刻比容的差异,相互产生应力,称为热应力。马氏体的比容大于奥氏体,在马氏体转变时,随马氏体量增多,工件发生膨胀。相邻部位冷却到马氏体转变点Ms的时间不同,或者在Ms以下冷却速度不同,由于钢中马氏体转变的变温转变特性(见马氏体转变)也将产生内应力,称为组织应力。热应力和组织应力方向正好相反。在Ms以上,仅存在热应力机制,在Ms以下两种机制同时发生,但由于马氏体相变引起的线膨胀量大于热膨胀(约-个数量级),所以Ms点以下组织应力机制起主要作用。工件淬火冷却时,外层冷却快,心部慢;薄壁部位冷却快,厚壁部位冷却慢;冷却介质与工件的相对流动情况也影响冷却的均匀性;冷却烈度越大,不均匀性越大。上述种种,加上高低温(Ms以上和以下)阶段两种内应力机制,使华信电炉工件淬火冷却时内应力的形成和发展极其复杂。当应力超过屈服极限时,将发生局部塑性变形。因而,最高应力值取决于受力部位的屈服极限。多余的尺寸差异将转化为塑性变形,如材料的塑性不良,则内应力将迅速超过断裂强度而导致开裂。Ms以上,由于温度高及钢处于奥氏体状态,屈服强度低,塑性良好,热应力多表现为工件的变形;Ms以下马氏体量随温降而增多,塑性迅速下降,组织应力可达很高值,且可导致工件开裂。
        淬火裂纹有显微淬火裂纹和宏观淬火裂纹(即通常所说淬火裂纹)两种。1、显微淬火裂纹:淬火显微裂纹系微观应力引起,马氏体显微裂纹的形成机理至今尚未完全搞清楚。山东华信中频电炉有限公司的工程师认为:显微裂纹的产生是由于片状马氏体在高速长大时,相互撞击的结果;也可能是由于马氏体和奥氏体晶界或其他杂质相碰所造成的。因为撞击时产生很高的应力,而片状马氏体比较脆,不能产生塑性变形使其应力松弛,因而便易产生显微裂纹。影响因素主要有:马氏体的形态:显微裂纹仅见于片状孪晶马氏体中,在条状位错马氏体中未曾发现。淬火介质的温度:显微裂纹形成敏感度随淬火介质的温度降低而增加。化学成分:化学成分主要是通过改变马氏体转变点(34)的位置来影响显微裂纹倾向的。马氏体中固溶碳量越,Ms 越低,马氏体的脆性越大,越容易形成显微裂纹。合金元素对显微裂纹的影响较小。奥氏体的晶粒大小:显微裂纹的形成敏感度随马氏体片长度增加而升高。2、宏观淬火裂纹:主要由宏观应力引起。在华信电炉实际生产中,钢制工件常由于结构设计不合理、钢材选择不当、淬火温度控制不正确、淬火冷速不合适等因素,一方面增大淬火内应力,会使已形成的淬火显微裂纹扩展,形成宏观的淬火裂纹,另一方面,由于增大了显微裂纹的敏感度,增加了显微裂纹的数量,降低了钢材的脆断抗力,从而增大淬火裂纹的形成可能性。最常见的淬火裂纹基本类型常分纵向裂纹、横向裂纹、网状裂纹、剥离裂纹、应力集中裂纹、过热淬火裂纹等。影响淬火裂纹形成的因素有:冶金因素:包括冶金质量、化学成分、原始组织的影响。零件尺寸和结构的影响:截面尺寸过小或过大的零件不易淬裂,零件的尖角、棱角、凹槽等几何形状因素,使工件局部冷却速度的急剧变化,增大了淬火的残余应力,从而增大了淬火的开裂倾向。工艺因素的影响:包括加热因素、冷却因素等因素。
 

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