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机床零件淬火宏观内应力 钢件淬火裂纹是何因

发布时间:13-09-16 关注次数:

钢件淬火过程中经过加热、保温、冷却的过程。钢件在加热和冷却的过程中,由于热胀冷缩发生体积变化,同事还发生相变,金属相变都伴有比容的变化,比如淬火冷却时,由奥氏体转化为马氏体,马氏体的比容大于奥氏体,产生了体积膨胀,工件的体积变化使工件各个部分之间受到牵制便形成了内应力。由热胀冷缩引起的内应力为热应力,由于相变产生的内应力为组织应力。

钢件内应力随着热处理过程的进行,其大小、方向、分布随时都在发生着变化,热处理后在工件中尚未松弛而残留下来的内应力为残余内应力,热处理后的内应力是热应力和组织应力的叠加。

钢件淬火时,在冷却初期,未产生相变,表层的温度梯度比内部大,只有热应力,随着冷却过程的进行,表层和内层的温差减小,热应力影响小,这时以组织应力为主,表层首先冷却到Ms点生成马 氏体组织而膨胀,这时给尚处于奥氏体状态的心部以拉应力,表现为心部受拉应力,表层受压力。由于奥氏体所行很好,此应力可通过奥氏体的塑性变形而松弛。当心部也转变为马氏体时,由于表层已 形成的马氏体硬度高、脆性大、塑性极小,心部对表层产生拉应力,心部产生压应力,并被作为残余应力保存下来。图1为Fe11.7Ni合金900℃水淬后的残余应力分布。由图1可以看出,钢件表面的切向拉 应力很大,如果超过钢的抗拉强度,那么工件将开裂,产生纵向裂纹。

钢件感应加热淬火时,使表层局部区域发生组织结构的变化。由于表层硬化层和心部组之间较大的差异,以及快速加热、急冷引起热应力和组织应力的综合叠加,在冷却初期,表层和内层由于温差很大 引起热应力,使表层受拉、心部受压。随冷却进一步进行,表层压应力和内部拉应力继续增大,最后,残余应力为表层呈压应力,心部为拉应力。

球墨铸铁无心圆柱,以旋转移动法进行外表面的高频淬火,改变移动速度得到不同的淬硬深度形成的残余应力分布图。由图可以看出,随着硬化层深度的增加将使切向应力比轴向应力大转变为轴向 应力比切向应力大。心部拉应力增加而硬化层的压应力变小。当硬化层极薄时,其表面压应力太小,且拉应力极大值接近表面,这时将以硬化层稍下为起点发生破坏。硬化层极厚时,表层拉应力将增加 当超过了钢的断裂强度时,工件表面将出现裂纹,当然为纵向裂纹。钢件淬火后零件各部分的应力是复杂的,而且是不均匀的。这些都增加了钢的脆性。淬火裂纹是淬火钢的脆性断裂。压应力作用不可 能断裂,只有拉应力作用才能导致钢件断裂。如圆筒类零件。淬透时在孔的内侧产生淬火裂纹,这是因为外侧冷却快,孔内侧冷却慢,组织应力引起主导作用,在内侧呈拉应力,造成淬火裂纹。如果加 大内孔的冷却速度,以增加压应力的成分,削弱拉应力,就可避免淬火裂纹。
 

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