淬火应力、变形及开裂3-4

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1、3.4淬火应力、变形及开裂从淬火目的考虑，应尽可能获得最大的淬透层深度。因此，在钢种一定情况下，采用的淬火介质的淬火烈度愈大愈好。但是，淬火介质的淬火烈度愈大，淬火过程中所产生的内应力愈大，这将导致淬火工件的变形，甚至开裂等。因此，在研究淬火问题时尚应考虑工件在淬火过程中内应力的发生、发展及由此而产生的变形，甚至开裂等问题。一、淬火时工件的内应力工件在淬火介质中迅速冷却时，由于工件具有一定尺寸，热传导系数也为一定值，因此在冷却过程中工件内沿截面将产生一定温度梯度，表面温度低，心部温度高，表面和心部存在着温度差。在工件

2、冷却过程中还伴随着两种物理现象：一是热膨胀，随着温度下降，工件线长度将收缩；另一个是当温度下降到马氏体转变点时发生奥氏体向马氏体转变，这将使比容增大。由于冷却过程中存在着温差，因而沿工件截面不同部位热膨胀量将不同，工件不同部位将产生内应力；由于工件内温差的存在，还可能出现温度下降快的部位低于Ms点，发生马氏体转变，体积胀大，而温度高的部位尚高于Ms点，仍处于奥氏体状态，这不同部位由于比容变化的差别，也将产生内应力。因此，在淬火冷却过程中可能产生两种内应力，即：1）：热应力——工件在加热(或冷却)时，由于不同部位的温度

3、差异，导致热胀(或冷缩)的不一致所引起的应力称为热应力；2）：组织应力——由于工件不同部位组织转变不同时性而引起的内应力。根据内应力的存在时间特性还可分：（1）：瞬时应力——在冷却过程中某一时刻所产生的内应力叫瞬时应力；（2）：残余应力——冷却终了，残余于工件内部的应力。1：热应力变化规律：a）：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。b）：淬火冷却时产生的热应力系由于冷却过程中截面温度差造成的，冷却速度越快，界面温度愈大，则产生的热应力愈大，在相同冷却介质条件下，工件加热温度愈高，尺寸愈大，

4、钢材热传导系数愈小，工件内温差愈大，热应力愈大。2：组织应力的变化规律：a）：在心部完全淬透的情况下，组织应力使工件最终应力表现为：表面呈现拉应力，心部呈现压应力。b）：组织应力的大小与钢在马氏体相变温度范围有关，截面上温度愈大，组织应力增加，相变时体积膨胀量愈大，则组织应力就愈大，钢的淬透性愈好，零件尺寸愈大，则淬火后组织应力愈大。3：淬火应力影响因素a）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。b）合金元素的影响：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。凡增加钢淬透性

5、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。c）: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。d）:淬火介质与冷却的影响：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。二：淬火时工件的变形:1:淬火时工件的变形有两类，一类是翘曲变形，一是体积变形。如下左图所示一种变形图45钢工件自820度垂

6、直入水淬火时的变形请观看变形规律动画演示2；引起各种变形的原因（1)；淬火组织前后变化引起：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。（2）：热应力引起变形：热应力引起的变形发生在钢件屈服强度低，塑性较高，而表面冷却快，内外温差最大的高温区。（3）:组织应力引起变形：产生于早期组织应力最大时刻。三：淬火裂缝：1:纵向裂缝：沿着工件轴向方向由表面裂向心部的深度较大的裂缝。如下图a）所示a）纵向裂缝b）横向裂缝2;横向裂缝；常发生于大型轴类零件上。如上图b）所示:

7、3:表面裂缝：这是分布在工件表面的深度较小的裂缝。如下图所示。钢件的表面裂缝