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锻件的冷却以及冷却过程中的内应力

发布时间:2021-03-19 点击数:60

       锻件的冷却是指锻后从终锻温度冷却到室温。如果冷却方法选择不当,锻件可能因产生裂纹或白点而报废,也可能延长生产周期而影响生产率。所以,锻件冷却也是锻造生产中不可忽视的重要环节。

       锻件在冷却过程中的内应力:坯料在加热过程中会产生内应力,同样,锻件在冷却过程中也会引起内应力。由于锻件冷却后期是处于温度较低的弹性状态,因此冷却内应力的危险性比加热内应力更大,按照冷却时内应力产生的原因不同,有温度应力、组织应力和残余应力。

       1.温度应力 在锻件冷却的初期,表层冷却快,体积收缩大;心部冷却慢,体积收缩小。由于表层的收缩受到心部的阻碍,于是在锻件的内部产生温度应力,表层为拉应力,心部为压应力。

       如锻件材料为抗力小易变形的软钢,随着继续冷却,冷却初期表层产生的拉应力,由于变形松弛逐渐减小至零。到冷却后期,表层温度很低,体积收缩停止,而心部体积收缩却受到表层制约,结果使温度应力符号发生改变,表层变为压应力,心部变成拉应力。

       若锻件材料为抗力大难变形的硬钢,在冷却初期表层产生的拉应力不能得到松弛:就 是冷却后期,尽管心部体积收缩对表层产生附加压应力,但也只能使表层初期产生的拉应力有所降低,而不会使温度应力符号发生改变,表层仍为拉应力,心部仍为压应力。

       因此,软钢锻件冷却时可能出现内裂,硬钢锻件冷却时则易产生外裂。

       2.组织应力 锻件在冷却过程中如有相变发生,除引起温度应力外,还会产生组织应力,也是由于相变前后组织的比容发生变化,以及锻件表里相变时间不同的结果。

       如锻件在冷却过程中有马氏体转变时,随着锻件温度降低,表层先进行马氏体转变, 由于马氏体的比容大于奥氏体的比容,这时所引起的组织应力为,表层是压应力,心部为拉应力。 但是这时心部温度比较高,处于塑性良好的奥氏体状态,通过局部塑性变形,上述应力很快得到松弛。随后锻件继续冷却,心部也发生马氏体转变,这时产生的组织应力,心部是压应力,表层为拉应力。应力不断增大,直到马氏体的转变结束为止。由于钢中所有相的比容均比奥氏体大,因此当锻件冷却发生其它组织转变时,所产生的组织应力同样具有上述规律。

       3.残余应力 锻件在锻压成形过程中,由于变形不均加 工硬化所引起的内应力?如末能及时得到再结晶软化将其消除,锻后便成为残余应力保留下来。残余应力在锻件内部的分布, 拫据变形不均的情况而不同,可能是表层为拉应力而心部为压应力,或者与此相反。

       可以看出:锻件在锻后冷却过程中,存在上述三种内应力,总的内应力为三者叠加。当叠加的应力值超过强度极限,便会在锻件相应部位引起裂纹,冷却裂纹常常是在温度较低与塑性较差时发生:。如叠加的内应力没造成破坏,冷却终了便保留下來,称为锻件的残余应力。



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