热处理变形

热处理变形：

一:钢的内应力及应力变形:

1.热应力:冷却初期表面为拉应力,心部为压应力.冷却最终则是表面为压应力,心部为拉应力.

组织应力:冷却初期表面为压应力,心部为拉应力.冷却最终则是表面为拉应力,心部为压应力. 附加应力:因表面和心部组织结构的不均匀性及钢件内部的弹塑性变形不一致形成的内应力. 局部淬火或表面淬火:表层呈现压应力,中心呈现拉应力.

渗碳件淬火:冷却初期表面为拉应力,心部为压应力.冷却最终则是表面为压应力,心部为拉应力.(最大的压应力不在渗碳层的最外层,而存在于渗碳层表面以里约50-60%的深度处,此处碳浓度低于0.5%).

2.影响钢的内应力的因素:

1)钢的化学成分的影响:

在全淬透的情况下,试样表层和中心显现压应力,中间层显现拉应力,故表层的应力分布以热应力为主,而内部则以组织应力主.随着含碳量的增加,热应力减弱,组织应力逐渐增强,因此表层的压应力减小,中间层的拉应力略有下降,心部的压应力则增大,且中间层的拉应力最大值随含碳量的增加而移向表层.因切向应力较大,故对高碳钢极易产生纵向裂纹.

在未淬透的情况下,钢件表层为压应力,心部为拉应力.淬透性愈小,表层压应力愈大.

Ms点温度较高的钢,热应力作用较强烈,残余拉应力最大值移向中心,表层显现压应力.

2)淬火工艺的影响:

淬火加热温度愈高,产生的淬火应力愈大,但径向应力变化较小,切向和轴向应力变化较大.加热温度高,还易于造成钢的过热,即组织粗大化而导致脆性增大,易引起开裂.

a:水淬钢全部淬透时,其应力分布为表面和心部呈压应力,中间区域呈拉应力,即属于热应力和组织应力重叠型的分布规律.当中心未淬透时,表面被淬火部分受压应力,中心受拉应力作用. b:油中全淬透时,表层具有拉应力,心部为压应力,即属于单一的组织应力分布规律.未淬透时,表层具有压应力,心间为拉应力,但应力变化较缓和.

c:在穿透淬火时,水淬钢的最大拉应力值显现在钢件表面附近,油淬钢的拉应力显现在钢的表面.这种表面附近的拉应力是形成淬火裂纹的主要危险.这时切向应力大于轴向应力,易形成纵向裂纹.

3)钢件尺寸大小和形状的影响:

内孔直径很小的圆套筒的淬火应力是内孔的表面和外表面具有压应力,中间层为拉应力.内孔直径稍大时,随壁厚的减小热应力的影响急剧减小,从而其残余应力的分布是内表面和外表面具有拉应力,中间层具有压应力.在淬火效果差时,内表面产生的拉应力将很大,故内径小的高碳钢套筒内壁易产生淬火裂纹.内径进一步增大,壁厚进一步减小时,组织应力的影响增强,热应力分布减弱,则总的淬火应力趋于降低.

4)钢件表面脱碳的影响:脱碳使得钢伯的脱碳层具有拉应力.

脱碳层浓度不同,其应力分布也有差别:随脱碳层浓度的增加,表面的切向应力由压应力转变为拉应力.轴向应力则随脱碳层浓度的增加,开始为拉应力而后转为压应力.

3.钢的内应力的分解:

1)径向应力:

2)轴向应力:

3)切向应力:

3.钢件表面淬火时的残余应力:

1)高频淬火后钢的内应力:

2)火焰淬火后钢的内应力:

表面具有压应力,中心具有拉应力.

4.化学热处理后钢件内的残余应力:

1)渗碳淬火后钢的内应力:

2)氮化钢的内应力:

2.热应力塑性变形的作用

结果是使轴类零件的长度收缩,直径变粗;使饼形零件直径收缩,厚度增加;使环形零件的内孔和外径收缩,厚度增加.在生产中主要表现为零件的尺寸收缩.如50#,T10A钢,φ20×200试样加热至720-740℃水淬一次,长度方向的收缩变形量约0.4mm.

因淬火时形成的马氏体比容比奥氏体的大,硬度高,塑性条件差,故钢淬火冷至马氏体转变区的应力变形主要以拉伸应力变形为主.组织应力使杆状零件长度伸长,直径减缩;使圆饼形零件直径胀大,厚度减少.

3.杆状零件,一般应力作用的主导主向都是轴向.圆饼形零件主导应力主向都是径向.简单的立

方体零件应力最集中的部位是八条棱角边.应力变形取决于主导应力方向应力作用类型和大小.

4.淬火体积变形的大小还与下列因素有关:

1).淬火前后的组织比容差别:

2).提高淬火加热温度时,奥氏体中合金元素的溶解量增加,使淬火后马氏体比容增大,但同时引

起残余奥氏体量增加.在常规淬火范围内,对低合金工具钢,多数是以提高淬火加热温度使马氏体比容增大引起体积变形增加的效应为主，而对高碳高铬钢则不同

3).零件全淬透时体积变形量最大,淬硬层愈浅,体积变形量愈小.

4).凡使残余奥氏体量增加的各种方法如分级等温淬火,等温级冷等都可使体积变形量减少.

5).除在回火时促使残余奥氏体转变的情况外,其它回火形式都使体积尺寸收缩.

淬火冷却激烈的碳素钢零件内应力塑性变形大.采用分级等温淬火的高合金钢内应力变形小.

碳和合金含量高,淬透性好的高合金钢比容变形表现比较明显.只有淬火后能控制残余奥氏体量和马氏体温表合金浓度并能运用分级等温淬火的钢种比容变形和内应力变形都较小.

二:钢件的热处理裂纹:

1.纵向裂纹:由工件表面裂向心部的深度较大的裂纹.它往往发生在完全淬透的工件上.是由切

向应力引起的.

2.横向裂纹和弧形裂纹:往往性生于大锻件的热处理时.断口特点是垂直于轴向方向,断口中心

附近有破坏的起点,以此为中心向四周有放射的断裂扩张痕迹.横向断裂属于热应力引起.弧形裂纹往往发生在未淬透的或经过渗碳淬火的工件上,主要产生于工件的内部,工在尖锐棱角及孔洞附近,即易于造成应力集中处.

3.表面裂纹:

4.剥离裂纹:

5.影响淬火裂纹的因素:

1)钢的化学成分对淬火裂纹敏感性的影响:

2)原材料缺陷对淬火时形成裂纹的影响:

3)钢件结构特点对形成裂纹的影响:

4)淬火前原始组织和应力状态对裂纹的影响:

5)加热因素对形成裂纹的影响:

6)冷却因素对形成裂纹的影响:

6.防止淬火裂纹的措施:

1)改善钢件结构,合理选择钢材和确定技术条件:

2)妥善安排冷热加工工序和正确应用预先热处理:

3)正确选择加热介质,加热时间和保温时间:

4)合理选用冷却介质和冷却方法:

5)其它方法:

7.钢件的表面淬火裂纹形成及防止措施:

8.钢件化学热处理裂纹的形成及防止措施: