熱處理應(yīng)力及其影響

熱處理殘余力是工件熱處理后的殘余應(yīng)力，它對工件的形狀、尺寸和性能有很大的影響。山東熱處理在從石器時(shí)代進(jìn)展到銅器時(shí)代和鐵器時(shí)代的過程中，熱處理的作用逐漸為人們所認(rèn)識。煙臺熱處理將鋼奧氏體化后以適當(dāng)?shù)睦鋮s速度冷卻，使工件在橫截面內(nèi)全部或一定的范圍內(nèi)發(fā)生馬氏體等不穩(wěn)定組織結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的熱處理工藝。青島熱處理材料在固態(tài)下，通過加熱、保溫和冷卻的手段，以獲得預(yù)期組織和性能的一種金屬熱加工工藝。當(dāng)超過材料的屈服強(qiáng)度時(shí)，會引起工件變形，當(dāng)超過材料的強(qiáng)度極限時(shí)，會引起工件開裂，這是工件的有害方面，應(yīng)予以減少和消除。但是，在一定條件下控制合理的應(yīng)力分布，可以提高零件的力學(xué)性能和使用壽命，變得有害有益。分析鋼在熱處理過程中的應(yīng)力分布和變化規(guī)律，對提高產(chǎn)品質(zhì)量具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。例如，殘余壓應(yīng)力在零件表面的合理分布對使用壽命的影響已引起廣泛關(guān)注。

一、鋼的熱處理應(yīng)力

在加熱和冷卻過程中，由于表面與中心冷卻速度和時(shí)間的差異，溫度的差異會導(dǎo)致體積膨脹和收縮不均勻，產(chǎn)生應(yīng)力，即熱應(yīng)力。在熱應(yīng)力的作用下，由于表面溫度低于心臟，收縮也大于心臟，因此在冷卻結(jié)束時(shí)，由于心臟最后的冷卻體積不能自由收縮，心臟表面被壓縮，心臟被拉動。也就是說，在熱應(yīng)力的作用下，工件的表面受到壓縮，芯部被拉動。這種現(xiàn)象受冷卻速度、材料組成和熱處理工藝等因素的影響。冷卻速度越快，碳含量和合金成分越高，熱應(yīng)力下的不均勻塑性變形越大，殘余應(yīng)力越大。另一方面，在熱處理過程中，由于顯微組織的變化，即奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變，比容的增加伴隨著工件體積的膨脹，工件的各個(gè)部分會相繼發(fā)生變形，導(dǎo)致體積不一致地增大，產(chǎn)生組織應(yīng)力。應(yīng)力變化的最終結(jié)果是表面的拉應(yīng)力和中心的壓應(yīng)力，這與熱應(yīng)力正好相反。顯微組織應(yīng)力的大小與工件在馬氏體相變區(qū)的冷卻速度、形狀和化學(xué)成份有關(guān)。

實(shí)踐證明,任何工件在熱處理過程中,只要有相變,熱應(yīng)力和組織應(yīng)力都會發(fā)生。只不過熱應(yīng)力在組織轉(zhuǎn)變以前就已經(jīng)產(chǎn)生了，而組織應(yīng)力則是在組織轉(zhuǎn)變過程中產(chǎn)生的,在整個(gè)冷卻過程中,熱應(yīng)力與組織應(yīng)力綜合作用的結(jié)果,就是工件中實(shí)際存在的應(yīng)力。這兩種應(yīng)力綜合作用的結(jié)果是十分復(fù)雜的,受著許多因素的影響,如成分、形狀、熱處理工藝等。就其發(fā)展過程來說只有兩種類型,即熱應(yīng)力和組織應(yīng)力,作用方向相反時(shí)二者抵消,作用方向相同時(shí)二者相互迭加。不管是相互抵消還是相互迭加,兩個(gè)應(yīng)力應(yīng)有一個(gè)占主導(dǎo)因素,熱應(yīng)力占主導(dǎo)地位時(shí)的作用結(jié)果是工件心部受拉,表面受壓。組織應(yīng)力占主導(dǎo)地位時(shí)的作用結(jié)果是工件心部受壓表面受拉。