热处理原理与工艺 教学课件 作者 候旭明 第十章教案.doc

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1、第十章淬火应力与畸变开裂淬火应力是指工件在淬火冷却时，因不同部位存在温差及组织转变不同步而产生的内应力。实践证明，淬火时在工件中产生的内应力是造成畸变和开裂的根本原因。当淬火应力超过钢的屈服强度时将产生塑性畸变，超过钢的断裂强度时即发生开裂。本章主要阐明淬火应力形成的一般规律；因淬火应力而引起的畸变，开裂的基本规律；以及减少畸变和开裂的措施。第一节淬火应力一、淬火应力的分类按淬火应力的形成原因，可分为热应力与相变应力。按应力状态可分为正应力与切应力，正应力还可根据作用方向分为拉应力（以“+”号表示）和压应力（以“—”号表示）。按内应力在工件中存在的时间，可分为瞬时应力和残余应力

2、。瞬时应力不稳定，难以测量。残余应力是工件在各部位已无温差且不受外力作用的条件下存留下来的内应力，残余应力较易测量。按应力分布的区域大小还可以分为第一类应力（宏观内应力），第二类应力（微观内应力），第三类应力（晶格畸变内应力）。影响淬火变形与开裂，主要是第一类应力。从力学角度看，一个圆柱体中存在的内应力可分为轴向、切向、径向三种应力，如图10-1所示。二、淬火内应力形成的一般规律1．热应力略在冷却前期，热应力分布状态是表层受拉，心部受压；冷却后期，则是表层受压，心部受拉。2．相变应力热处理过程中因工件各部位组织转变不同步而产生的内应力称为相变应力。相变应力分布状态是表层受拉，心

3、部受压。3．热应力和相变应力综合作用以上是为讨论方便，单纯描述热应力与相变应力，而实际工件在热处理冷却发生相变时，热应力和相变应力是同时产生的。工件中实际存在的应力是热应力和相变应力综合作用的结果。热应力和相变应力作用方向相反时，二者相互抵消；作用方向相同时，相互叠加。热应力占主导地位时，综合作用的结果是工件心部受拉，表面受压；相变应力占主导地位时，则是工件心部受压，表面受拉。【想一想】：导致热应力与组织应力产生的根本原因是什么？第二节淬火畸变、开裂及防范措施一、淬火变形31．热应力引起的变形热应力引起的变形主要发生在淬火初期，因为这时工件内部温度高、处于塑性较好的状态。单纯由

4、热应力引起的变形规律是：工件件沿最大尺寸方向收缩、沿最小尺寸方向胀大，使棱角变圆，平面凸起，趋于球形。图10-5示出了几种典型工件的变形趋向：杆件趋于鼓形；扁平件趋于铁饼形；正方件趋于球形；套筒趋于瓮形。2．相变应力引起的变形相变应力引起的变形主要发生在相变初期。如前所述，初期的相变应力方向与热应力相反，即工件表面受压、心部受拉。因而引起的工件变形趋势恰好与热应力相反。即工件沿最大尺寸方向上伸长、沿最小尺寸方向缩短，使棱角突出，平面内凹，如图10-5中相变应力一栏中所示：正方件八角突出；杆件长度伸长、直径缩小成樽形；套筒趋于长鼓形；扁平件呈双凹透镜形状。3．相变体积效应引起的畸

5、变由于新相与母相比体积一般不同，相变会引起的比体积变化，使工件在各个方向上均匀的膨胀或收缩，这种现象称为相变体积效应。马氏体形成时的体积变化与马氏体含碳量之间的关系如表10-1所示。表10-2列出了钢发生不同相变时的体积变化量（%）。依此可以大致算出工件淬火时的体积变化情况。4．热应力、组织应力、相变体积效应综合作用引起的畸变上述淬火畸变规律，是结构对称的简单的工件单纯在热应力或组织应力作用下的畸变实际上，许多工件的结构、形状较复杂，热应力、组织应力、相变体积效应是同时存在的。其畸变结果取决于哪个因素起主导作用。5．影响淬火畸变的因素1）钢的化学成分2）钢的原始组织3）热处理工

6、艺4）截面尺寸及形状6.工件变形典型实例分析（略）二、淬火开裂1．淬火裂纹的类型1)纵向裂纹纵向裂纹又称轴向裂纹，其开裂的走向大体平行于轴向(见图10-9)。2)横向裂纹（弧形）裂纹3)表面网状裂纹4)剥离裂纹5)显微裂纹2．影响淬火开裂的因素31)原材料的冶金缺陷2)锻造与轧制存在的缺陷3)热处理工艺不当三、减少淬火变形、防止淬火开裂的措施1．正确选材、合理设计、合理的技术要求2．正确的锻造与预备热处理3．冷热加工密切配合4．正确制定热处理工艺1）控制加热速度对于大型锻模、高速钢、高合金钢工件，或是形状复杂、厚薄不均、变形要求小的工件，一般都要经过预热或限制加热速度，尽可能做

7、到加热均匀。2）正确选择加热温度选择淬火下限温度，可减少冷却时的热应力，减少淬火变形。3）正确的选择冷却方法和冷却介质在满足性能要求的前提下，应尽可能选用较缓慢的冷却介质进行淬火，或采用预冷淬火、分级淬火、等温淬火。4）进行及时正确的回火对于形状复杂的高碳钢和合金钢，淬火后及时回火尤为重要。5.正确的热处理技术操作1）淬火前加以保护如图10-14所示，对一些不要求淬硬的孔用石棉、耐火泥等堵塞；截面突变处用铁丝或石棉绑扎，尖角处可用铁皮套上；对一些容易变形的部分，如槽形工件，可用螺丝等固定。2