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鍛件在熱處理過程中產(chǎn)生的內應力有熱應力和相變應力,它們的形成原因和作用是不同的。
熱應力是鍛件在加熱和冷卻時伴有熱脹冷縮現(xiàn)象,當鍛件表面與心部由于加熱或冷卻速度不同,造成溫度差,其體積的膨脹或收縮在表面與心部也就不一樣,這種由于溫度差而產(chǎn)也體積變化的不同時性所引起的內應力,稱為熱應力。
鍛件在熱處理過程中,其熱應力的變化主要表現(xiàn)為:鍛件加熱時,表面升溫速度快于心部,表面溫度高而膨脹,心部溫度低而未膨脹,此時表面受壓應力,心部受拉應力。
當鍛件透熱后,心部溫度升高而膨脹,此時鍛件表現(xiàn)出體積膨脹;工件冷卻時,表層冷卻速度快于心部,表層要收縮,心部溫度高阻止收縮,對表層產(chǎn)生拉應力,心部則產(chǎn)生壓應力,當冷卻到一定溫度時,表層巳經(jīng)冷硬不再收縮,而心部由于繼續(xù)冷卻要發(fā)生收縮,此時表層受到壓應力,而心部則受拉應力,在冷卻結束后此應力仍存在于鍛件內部,稱為殘留應力。
相變應力是鍛件熱處理過程中發(fā)生組織轉變時,由于不同組織的質量體積不同,因此鍛件必然發(fā)生質量體積變化。由于鍛件表面和心部存在溫度差,因此表面與心部組織轉變不及時,這樣內外質量體積變化不同就會產(chǎn)生內應力。這種由于組織轉變的不同時性所引起的內應力,稱為相變應力。
例如,鍛件淬火快冷時,由于表層先冷至他點,所以表層由奧氏體轉變?yōu)轳R氏體,體積脹大,但是心部仍處于奧氏體狀態(tài),阻止表層的脹大,因此鍛件心部受到拉應力,表層受到壓應力;當繼續(xù)冷卻時,表層溫度降低,不再脹大,而心部由于轉變?yōu)轳R氏體,體積要繼續(xù)脹大,因此,將受到表層阻止,于是心部受到壓應力,表層受到拉應力。在冷卻結朿后,此應力仍然存在于鍛件內部,成為殘留應力。