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9個影響熱處理變形的因素

來源:作者: 日期:2019/3/20 9:16:05 瀏覽:

一、變形的原因

鋼的變形主要原因是鋼中存在內應力或者外部施加的應力。內應力是因溫度分布不均勻或者相變所致,殘余應力也是原因之一。外應力引起的變形主要是由于工件自重而造成的“塌陷”,在特殊情況下也應考慮碰撞被加熱的工件,或者夾持工具夾持所引起的凹陷等。變形包括彈性變形和塑性變形兩種。尺寸變化主要是基于組織轉變,故表現出同樣的膨脹和收縮,但當工件上有孔穴或者復雜形狀工件,則將導致附加的變形。如果淬火形成大量馬氏體則發生膨脹,如果產生大量殘余奧氏體則相應的要收縮。此外,回火時一般發生收縮,而出現二次硬化現象的合金鋼則發生膨脹,如果進行深冷處理,則由于殘余奧氏體的馬氏體化而進一步膨脹,這些組織的比容都隨著含碳量的增加而增大,故含碳量增加也使尺寸變化量增大。

二、淬火變形的主要發生時段

1.加熱過程:工件在加熱過程中,由于內應力逐漸釋放而產生變形。

2.保溫過程:以自重塌陷變形為主,即塌陷彎曲。

3.冷卻過程:由于不均勻冷卻和組織轉變而至變形。

三、加熱與變形

當加熱大型工件時,存在殘余應力或者加熱不均勻,均可產生變形。殘余應力主要來源于加工過程。當存在這些應力時,由于隨著溫度的升高,鋼的屈服強度逐漸下降,即使加熱很均勻,很輕微的應力也會導致變形。

  一般,工件的外緣部位殘余應力較高,當溫度的上升從外部開始進行時,外緣部位變形較大,殘余應力引起的變形包括彈性變形和塑性變形兩種。

  加熱時產生的熱應力和想變應力都是導致變形的原因。加熱速度越快、工件尺寸越大、截面變化越大,則加熱變形越大。熱應力取決于溫度的不均勻分布程度和溫度梯度,它們都是導致熱膨脹發生差異的原因。如果熱應力高于材料的高溫屈服點,則引起塑性變形,這種塑性變形就表現為“變形”。

  相變應力主要源于相變的不等時性,即材料一部分發生相變,而其它部分還未發生相變時產生的。加熱時材料的組織轉變成奧氏體發生體積收縮時可出現塑性變形。如果材料的各部分同時發生相同的組織轉變,則不產生應力。為此,緩慢加熱可以適當降低加熱變形,最好采用預熱。

  此外,由于加熱中因自重而出現“塌陷”變形的情況非常多,加熱溫度越高,加熱時間越長,“塌陷”現象越嚴重。

四、冷卻與變形

  冷卻不均時將產生熱應力導致變形發生。因工件的外緣和內部存在冷卻速度差異,該熱應力是不可避免的,淬火情況下,熱應力與組織應力疊加,變形更為復雜。加之組織的不均勻、脫碳等,還會導致相變點出現差異,相變的膨脹量也有所不同。

  總之,“變形”是相變應力和熱應力共同所致,但并非全部應力都消耗在變形上,而是一部分作為殘余應力存在于工件中,這種應力就是導致時效變形和時效裂紋的原因。


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