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热处理残余应力有什么影响?
时间: 2018-11-03 08:17 浏览次数:
工件热处理残余应力对工件形状、尺寸和性能有重要的影响,减少、消除或者控制应力使之合理分布,可提高零件的机械性能和使用寿命,变害为利。

金属工件经过热处理炉热处理后会残存内应力,热处理残余应力对工件的形状、尺寸和性能都有至关重要的影响,当它超过材料的屈服强度或极限强度时,易引起工件变形甚至开裂。工件经过进一步热处理减少和消除残余内应力,或者控制应力使之合理分布,可以提高零件的机械性能和使用寿命,变害为利。

一、钢材料的热处理残余应力

金属工件在加热过程中,由于表层和心部的冷却速度和时间的不一致,形成温差,会导致体积膨胀和收缩不均而产生应力的情况,即热处理内应力。热处理残余应力收到冷却速度、材料成分和热处理工艺等因素的影响。一般情况下,工件热处理后冷却速度愈快,含碳量和合金成分愈高,冷却过程中在热应力作用下陈胜的不均匀塑性变形愈大,然后形成的残余应力愈大。

钢材料在热处理过程中由于组织的变化即奥氏体向马氏体转变时,比容增大会伴随工件体积的膨胀,工件各部位纤维相变,造成体积长大不一致而产生组织应力。工件组织应力的大小与工件与马氏体相变区的冷却速度、形状和材料的化学成分等因素有关。

二、工件热处理残余应力对淬火裂纹的影响

淬火件在加工过程中不同部位上能引起应力集中的因素,对淬火裂纹的产生都有促进作用,但只有在拉应力场内才会表现出来,若在压力场内并无促裂作用。淬火冷却速度是一个能影响淬火质量并决定残余应力的重要因素,也是一个对淬火裂纹赋予重要乃至决定性影响的因素。工件在高温段内的快速冷却,可确保外层金属得到马氏体组织,而从内应力的角度来看快冷有害无益。其次,冷却后期缓冷的目的,主要不是为了降低马氏体相变的膨胀速度和组织应力值,而在于尽量减小截面温差和截面中心部位金属的收缩速度,从而达到减小应力值和抑制淬裂的目的。

三、残余内应力对金属工件影响

金属工件在加工过程中,渗碳表面强化从来提高工件的疲劳强度能有效的增加工件表面的强度和硬度,提高工件的耐磨特性,此外渗碳能有效的改善工件的应力分布,在工件表面层获得较大的残余压应力,提高工件的疲劳强度。等温淬火后即使进行低温回火,其表面残余压应力,也比淬火后低温回火高。渗碳淬火工艺为什么能获得表层残余压应力?渗碳等温淬火为什么能获得更大的表层残余压应力?

1、渗碳工艺表层高碳马氏体比容比心部低碳马氏体的比容大,淬火后表层体积膨胀大,而心部低碳马氏体体积膨胀小,制约了表层的自由膨胀,造成表层受压心部受拉的应力状态;

2、高碳过冷奥氏体向马氏体转变的开始转变温度(Ms),比心部含碳量低的过冷奥氏体向马氏体转变的开始温度(Ms)低;这是说在淬火过程中往往是心部首先产生马氏体转变引起心部体积膨胀,并获得强化,而表面还末冷却到其对应的马氏体开始转变点,故仍处于过冷奥氏体状态,具有良好的塑性,不会对心部马氏体转变的体积膨胀起严重的压制作用。

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