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淬火工件产生畸变和开裂的原因及规律

来源: 时间:2016-11-29 17:26:43 次数:

工件淬火时,在工件内部会产生不同的内应力,在这些内应力的作用下,工件可能会产生畸变和开裂的现象。畸变包括工件形状(如弯曲)的变化和尺寸(如直径增大或减小)的变化

工件淬火时,在工件内部会产生不同的内应力,在这些内应力的作用下,工件可能会产生畸变和开裂的现象。畸变包括工件形状(如弯曲)的变化和尺寸(如直径增大或减小)的变化。

导致淬火工件畸变和开裂的原因,是工件自高温急速冷却引起的温度变化和组织转变而产生的内应力,按其形成原因可分为热应力和组织应力两种。

淬火工件产生畸变和开裂的原因及规律

(1)热应力。工件在加热和冷却过程中,由于各部分之间存在温差,所造成的热胀冷缩先后不一致而产生的内应力,称为热应力。零件自高温冷却时要收缩。淬火时,工件表面和薄处比心部和厚处冷得快,先收缩,表面对尚未冷却的心部产生压应力,表面受心部的拉应力。随着温度的降低,心部开始收缩,对表面产生压应力,心部本身受到表面的拉应力。这样由于各部分的收缩先后不一,互相制约,便产生了热应力。

钢件淬火时由于冷却速度很快,使体积收缩十分剧烈,因而产生的热应力也很大。在单纯热应力的作用下,会使轴类工件收缩,直径增大;扁平工件厚度增加;使有棱角的工件的棱角会变成小圆角,见表3-25。

对热应力大小的影响因素,主要是温度差和钢的化学成分,其次是冷却速度、加热温度、工件截面积的大小、工件的形状、金属性能(塑性、热膨胀系数及热导率)也有一定影响。

(2)相变应力。由于组织转变的不同时性和不一致性而形成的内应力,称为相变应力。在热处理过程中,工件各部分(如表面和心部、薄处与厚处)冷却速度不一致,因而组织转变不可能同时进行。由于马氏体的比体积比奥氏体的大,当奥氏体转变为马氏体时,体积必然膨胀。淬火时,工件薄处比厚处冷却速度快,先冷到Ms点以下并转变为马氏体;同样,表面比心部冷却速度快,先冷到Ms点以下并转变为马氏体。马氏体组织转变的不同时性,使各部分的体积变化互相制约,从而产生相变应力。

此外,当工件心部的冷却速度小于临界冷却速度、工件没有淬透时,心部则形成比体积较小的珠光体类(或托氏体)组织,而表面为比体积最大的马氏体。这种组织转变的不一致性也会产生相变应力。一般说来,钢的碳含量越高,淬火时产生的相变应力越大,引起的畸变就越大;淬透的工件比没淬透的畸变更大。

相变应力既可使工件发生形状变化,也可使工件发生尺寸的变化。在单纯相变应力的作用下,会使轴类工件长度增加,直径缩小;使有棱角的工件的棱角变得更尖锐。

工件在淬火过程中,既有热应力,又有相变应力。两种应力的相互作用,可能抵消或部分抵消,也可能相互叠加而产生更大的应力。在淬火过程中,某一瞬间两种应力的综合作用大于钢在该瞬间的屈服强度时,就会产生畸变;而当两种应力的综合作用超过钢的强度极限时,则引起工件开裂。

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