热应力的变化.doc

热应力的变化
1．把工件放入淬火介质中冷却，工件表面与淬火介质的温度差别很大，散热很快，因而表面温度下降的很快，心部靠工件内部温差由热传导方式散热，温度下降的很慢，表面和心部产生很大的温差，工件因温度下降导致体积收缩，表面温度下降的多因而收缩得多，心部温度下降的少因而收缩的少，同一工件因为收缩量不同，则相互之间发生作用力，表面因受到心部抵制收缩力而胀大，所以表面产生张应力，心部则相反，产生压应力；
2.再继续冷却时，表面温度已较低，与介质间的热交换已较少，故温度下降的较慢，而心部与表面温差较大，故流向表面的热流较大，温度下降的快，故表面收缩的少，比体积减得少，心部收缩得多，比体积减得多，所以有可能表面和心部的比体积差减少，相互胀缩的牵制作用减少，内应力减少，所以有可能发生表面的温度虽低于心部，但此时内应力为零；
3.再进一步冷却时，表面和心部都达到室温，由于第二阶段心部收缩的比表面多，此时再次产生内应力，心部为拉应力，表面为压应力，因为温度很低，材料屈服强度较高，不发生塑性变形，内应力不会削减，此应力将残留于工件内
所以淬火冷却时，由于热应力引起的残余应力表面为压应力，心部为拉应力。
热应力引起的形状变形
热应力引起的变形发生在钢件屈服强度较低，塑性较高，而表面冷却快，工件内外温差最大的高温区。此时瞬时热应力是表面张应力，心部压应力，心部温度高，屈服强度比表面低的多，易于变形。因此表现在多向压应力作用下的变形即尺寸较大的一方缩小，而尺寸较小的一方则胀大
组织应力的变化
1. 工件从淬火加热温度以极缓慢的冷却速度降温至Ms点的过程中，不发生其他转变，因为冷却速度极慢，故在冷至Ms点时，工件内没有温差发生，因而也无热应力的发生，到Ms点后，突然采用快冷，由于工件表面直接与淬火介质接触，冷却很快，而心部靠其与表面的温差以热传导方式散热，温度下降极慢，所以表面温度下降至Ｍs点以下很大温度范围，将有大量的奥氏体转变为马氏体，因而比体积增大，而心部温度下降很少，奥氏体转变为马氏体数量很少，比体积变化不大，所以表面的膨胀受到心部的抑制，从而产生压应力，心部则受拉应力
2. 再继续冷却时，表面温度已较低，与介质间的交互很少，温度下降的很少，而心部与表面的温差较大，故流向表面的热流大，所以表面温度下降的少，比体积减得少，心部温度下降的多，比体积减得多，有可能表面和心部的比体积差减少，相互胀缩的牵制作用减少，内应力减少，所以又有可能表面的温度虽低于心部，但此时的内应力为零
3. 再进一步冷却时，由于表面和心部都有大量的马氏体存在，屈强比提高，不易发生塑性变形，最后当心部和表面的温度一致时，工件内仍残存着内应力，此时由于组织应力所引起的残余内应力，其表面为拉应力，心部为压应力
组织应力引起的变形
组织应力引起的变形产生在早期组织应力最大时刻。此时温差较大，心部温度较高，仍处于奥氏体状态，塑性较好，屈服强度较低。瞬时组织应力是表面压应力，心部拉应力，其变形表现在心部在多向拉应力作用下的拉长即工件中尺寸较大的一方伸长，而尺寸较小的一方缩短
影响淬火变形的因素
1. 含碳量的影响
随着含碳量的增加，马氏体比体积增加，组织应力增强
2. 合金元素的影响
钢中加入合金元素后，其热导率下降，导致热应力和组织应力增加
3. 工件尺寸的影响
工件尺寸的大小主要影响淬火冷却过程中截面的温差，特别是高温区工件表面与淬火介质温差大，冷却快，而工件尺寸越大中心部位热量向表面的传导越慢，因而工件尺寸越大对高温区的温差影响越大。因此，当工件尺寸较小时，温差较小，热应力作用较小，应力特征主要为组织应力型；而当工件尺寸较大时，使高温区的温差影响突出，热应力作用增强，因而工件淬火应力变为热应力型
4. 淬火介质和冷却方法的影响
淬火介质的冷却能力，在不同工件冷却温度区间是不相同的，因而也影响淬火内应力的分布
5. 工件截面形状不同或不对称对淬火变形的影响
淬火工件截面形状不同，淬火冷却时的冷却速度不同，这将影响淬硬层深度及淬火应力，从而影响变形
6. 淬火前残存应力及加热冷却不均匀对变形的影响。
淬火前工件内残余应力没有消除，淬火加热装炉不当，淬火冷却不当均引起工件的变形