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概述热处理工件的残余应力分布及其影响因素

概述热处理工件的残余应力分布及其影响因素
对于发生相变的热处理工件,其残余应力是热应力和组织应力叠加的结果。残余应力的大小和分布取决于钢的化学成分、淬透性、工件的形状、尺寸和热处理工艺。完全淬透情况下,碳含量对淬火圆柱体钢样残余应力的影响,其轴向应力和切向应力在表面和心部均为压应力,中间层则呈现拉应力,拉应力的最大值随碳含量的增加向表面趋近。这是由于随碳含量增加,发生马氏体相变时的比体积变化增大,马氏体相变温度Ms点则降低,由此造成热应力减弱,呈现以组织应力为主的分布特征。

在未淬透情况下,无论心部转变成珠光体或贝氏体,相变结束时,形成马氏体的表层由于比体积大,相对于心部总是倾向于膨胀,结果表明形成压应力。应力值的大小则随未淬硬区的大小不同而变化。

工件的尺寸大小和几何形状对内应力的影响情况很复杂,一般倾向是随工件尺寸增大,残余应力向热应力型转化。对于几何形状复杂或尺寸突变的工件,残余内应力往往应力集中部位显著增大。

淬火冷却方式对ωc=0.3%碳钢圆筒形试样残余应力分布的影响。只从外面淬火时,其应力分布与无内孔的圆柱试样淬火时的情况相似;只从内孔淬火时,情况相反,即形成内孔面压缩,外圆面拉伸的残余应力;若内外表面同时淬火,其应力分布于上述两种情况之间,内外表面形成压应力,而在未淬硬的中间层产生拉应力。因此,从残余应力分布的角度,对于这类筒形零件,最好是同时从内外面淬火。

完全淬透的情况下,淬火冷却速度越快,热应力越大,而对组织应力的影响不大;未淬透时,淬火冷却速度既能影响热应力,也影响组织应力,其最终结果取决于两者影响的相对大小。