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          唐山锻件在热处理过程中产生的内应力介绍

          2020-11-20 09:49:09

          唐山锻件在热处理过程中产生的内应力介绍

          锻件热处理过程中产生的内应力包括热应力和相变应力,它们的形成原因和影响是不同的。

          热应力是锻件在加热和冷却过程中的热膨胀和收缩现象。当锻件表面和型芯之间的温差因加热或冷却速度而不同时,锻件表面和型芯上的体积膨胀或收缩将不同。这种因温差引起的体积变化不及时而产生的内应力称为热应力。

          锻件在热处理过程中,热应力变化主要表现为:锻件受热时,表面升温快于芯部,表面温度高且膨胀,芯部温度低而不膨胀。此时,表面承受压应力,芯部承受拉应力。

          当锻件受热后芯部温度升高膨胀时,锻件体积膨胀;当工件冷却时,表面层的冷却速度比核心零件快,并且表面层收缩。核心部件的高温可防止收缩,并在表面层上产生拉伸应力,核心产生压缩应力。当冷却到温度时,表层将不再因冷硬化而收缩,而芯将因持续冷却而收缩。此时,表层承受压缩应力,而核心部分承受拉伸应力。冷却后,锻件内部仍存在这种应力,称为残余应力。

          相变应力是在锻件热处理过程中,由于不同组织的质量和体积不同而引起的锻件质量和体积的变化。由于锻件表面和芯部之间的温差,表面和芯部结构没有及时转变,因此内外质量和体积的变化会引起内应力。这种由组织转变的不及时性引起的内应力称为相变应力。

          钢中各基本组织的质量体积按奥氏体、珠光体、索氏体、屈氏体、下贝氏体、回火马氏体和马氏体的顺序增加。

          例如,当锻件淬火并快速冷却时,由于表层首先冷却到另一点,表层从奥氏体变为马氏体,体积膨胀,但芯部仍处于奥氏体状态,防止表层膨胀,因此,锻件芯部承受拉应力,表面承受压应力;当继续冷却时,表面温度降低,不再膨胀,由于转变为马氏体,铁芯的体积将继续膨胀,因此会被表面堵塞。零件承受压缩应力,表面层承受拉伸应力。冷却和成形后,该应力仍然存在于锻件内部,并成为残余应力。

          因此,在淬火和冷却过程中,热应力和相变应力的变化是相反的,锻件中的两个残余应力也是相反的。热应力和相变应力的组合应力称为淬火内应力。当锻件内部的残余内应力超过钢的屈服点时,将导致工件塑性变形,并导致锻件变形。

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