淬火应力变形开裂[精选].pptVIP

3 淬火应力及对其分布的影响因素 * 3.4.1 淬火时工件的内应力 3.4.2 淬火时工件的变形 3.4.3 淬火裂缝 3.4 淬火应力、变形及开裂 3.4.1 淬火时工件的内应力 工件冷却时,由于工件的表层和心部冷缩的不同时性,造成的内应力。 热应力的变化规律： 冷却前期,表层受拉,心部受压；冷却后期, 表层受压,心部受拉。 1 热应力的变化规律 热应力 组织应力 Ac1 图3-21 工件冷却时热应力示意图 瞬时应力 残余应力 由于在低温时钢的屈服强度已较高，塑性形变较为困难,故热应力状态将一直保留下来,而成为残余内应力。 径向应力： 心部为拉应力,表面应力为零， 轴向应力和切向应力： 表面均为压应力， 心部均为拉应力，特别是轴向拉应力相当大. 热应力分布的特征： 大型轴类零件(如轧辊等)：因冷却后心部轴向残余拉应力很大,再加上心部往往存在气孔、夹杂、锻造裂纹等缺陷,故容易造成横向开裂。 对一般形状简单的小轴类零件, 表面压应力可提高其疲劳抗力. 热应力的影响： 不利影响 有利影响 2 组织应力的变化规律 淬火冷却时，由于工件的表层和心部发生马氏体转变体积膨胀的不同时性而造成的内应力称为组织应力.（比容不同） 组织应力的变化规律： 冷却前期,表层受压,心部受拉；冷却后期,表层受拉,心部受压。即组织应力的方向及其变化规律,正好与热应力相反。 0.2-0.4wt%的A的比容0.12227-0.12528 cm3/g, M的比容0.12708-0.13061 cm3/g 组织应力分布的特征： 轴向和切向应力:表面为拉应力, 且切向应力大于轴向应力,心部为压应力； 径向应力: 表面为零,心部则为压应力。 图3-24 含16%Ni的Fe-Ni合金圆柱试样(直径50mm)自900℃缓冷至330℃，急冷至室温后的残余内应力(组织应力) ⑴含碳量的影响：随含碳量增加，热应力作用逐渐减弱，组织应力逐渐增强。 ⑵合金元素的影响：①钢中加入合金元素，其热传导系数下降，导致热应力和组织应力增加;②多数合金元素使Ms点下降→热应力作用增强；③凡增加钢淬透性的合金元素，在工件没有完全淬透的情况下，有增加组织应力的作用。 ⑶工件尺寸的影响： ①在完全淬透的情况下，随着工件直径的增加，淬火的残余应力将由组织应力型转化为热应力型。 ②在不完全淬透的情况下，所产生的应力特性与热应力相类似的，表层受压,心部受拉。 ⑷淬火介质和冷却方法的影响：淬火介质在不同工件冷却温度区间是不相同的，因此也影响淬火内应力分布，在Ms点以上冷却时快，Ms点以下冷却慢，为热应力型，反之为组织应力型。 3.4.2 淬火时工件的变形 体积变化, （工件体积按比例地胀大或缩小） 两种主要形式 工件几何形状的变化 (通常称为翘曲） 是组织转变时比容变化而引起的 淬火工件中热应力和组织应力 引起 把组织转变所引起的体积变化称为体积变形, 也叫比容差效应。 概念 1 引起各种变形的原因及其变化规律 ⑴ 淬火前后组织变化引起的体积变形 工件在淬火前组织一般为珠光体组织，而淬火后为马氏体组织。由于组织的比容不同，引起体积变化，产生变形。一般是使工件的体积在各个方向上作均匀的胀大或缩小,但不改变形状。 next ⑵ 热应力引起的形状变形 使工件沿最大尺寸方向收缩,沿最小尺寸方向胀大, 即力图使工件的棱角变圆,平面凸起,变得趋于球状,其形状正好像一个真空中受内压的容器一样. ⑶ 组织应力引起的形状变形 (与热应力相反),使工件沿最大尺寸方向伸长,沿最小尺寸方向收缩,力图使工件棱角突出,平面内凹,其外形好像一个承受外压的真空容器一样。 2.影响淬火变形的因素 ⑴影响体积变形和形状变形的因素 ⑵其他影响淬火变形的因素 ①夹杂物和带状组织对淬火变形的影响 淬火变形具有方向性，纵向横向 ②工件截面形状不同或不对称对淬火变形的影响 一般来说,形状简单、截面对称的工件,淬火变形较小，而形状复杂、截面不对称的工件,淬火变形较大。 这是由于截面不对称时会使工件产生不均匀的冷却,从而在各个部位之间产生一定的热应力和组织应力。 通常,在棱角和薄边处冷却较快;有凹角和窄沟槽处冷却较慢;外表面比内表面冷却快;圆凸外表面比平面冷却快。 ③ 淬火前残余应力及加热冷却不均匀对变形的影响 例如机械加工、焊接、校正等均能产生残余应力,如果淬火前不进行退火来消除应力,淬火后可能增加变形。 3.4.3 淬火裂缝 ①拉应力超过材料的断裂强度σb; ②内应力虽不太高(未超过材料的断裂强度),但材料存在内部缺陷，如非金属夹杂物、碳化物偏析或者粗大第二相。 产生淬火开裂的根本原因 1.纵向裂缝：沿着工件轴向方向由表面