淬火內應力是工件不同部位變溫速度的差異是內應力的來源。淬火冷卻時，變溫速度的不均勻性最大，引發的內應力也最大，故淬火內應力。
基本介紹
- 中文名：淬火內應力
- 外文名：intra-stress from quenching
- 簡介：淬火過程中工件內部產生的應力
- 解釋：實際上是淬冷過程的內應力
介紹,
介紹
熱應力和組織應力 材料按其熱膨脹規律，在冷卻時發生收縮。相鄰兩部位降溫速度不同，導致冷卻過程的任-時刻比容的差異，相互產生應力，稱為熱應力。馬氏體的比容大於奧氏體，在馬氏體轉變時，隨馬氏體量增多，工件發生膨脹。相鄰部位冷卻到馬氏體轉變點Ms的時間不同，或者在Ms以下冷卻速度不同，由於鋼中馬氏體轉變的變溫轉變特性(見馬氏體轉變)也將產生內應力，稱為組織應力。熱應力和組織應力方向正好相反。在Ms以上，僅存在熱應力機制，在Ms以下兩種機制同時發生，但由於馬氏體相變引起的線膨脹量大於熱膨脹(約-個數量級)，所以Ms點以下組織應力機制起主要作用。工件淬火冷卻時，外層冷卻快，心部慢；薄壁部位冷卻快，厚壁部位冷卻慢；冷卻介質與工件的相對流動情況也影響冷卻的均勻性；冷卻烈度越大，不均勻性越大。上述種種，加上高低溫(Ms以上和以下)階段兩種內應力機制，使工件淬火冷卻時內應力的形成和發展極其複雜。
當應力超過屈服極限時，將發生局部塑性變形。因而，最高應力值取決於受力部位的屈服極限。多餘的尺寸差異將轉化為塑性變形，如材料的塑性不良，則內應力將迅速超過斷裂強度而導致開裂。Ms以上，由於溫度高及鋼處於奧氏體狀態，屈服強度低，塑性良好，熱應力多表現為工件的變形；Ms以下馬氏體量隨溫降而增多，塑性迅速下降，組織應力可達很高值，且可導致工件開裂。
最簡模型 如圖1a所示。設有橫截面為形狀對稱的棒狀工件，按軸線(點劃線)分成上下(I、Ⅱ，尺寸相同)兩半部，施以不同速度的冷卻，如Ⅱ相當於均勻地噴液淬冷，而I相當於空冷；設I、Ⅱ兩部分在整個冷卻過程中內部溫度是均勻的，降溫曲線如圖1b。研究I、Ⅱ兩部分在全過程中軸向受力的變化。
熱應力及變形 內應力的變化可分為3個階段：(1)從開始冷卻τ0到I、Ⅱ溫差達到最大的時間τ1。Ⅱ的先期收縮使其本身受張應力，同時I受壓應力，由τ0至τ1逐漸增大。由於I、Ⅱ截面積相同，σI和σⅡ曲線是對稱的。特別要注意到，在τ1之前，對於鋼鐵等屈服強度甌不高的材料，兩部分都將發生軸向的塑性變形，Ⅱ為拉伸，I為壓縮，在τ1達到最大值。(2)從τ1至τ2(零應力點)。Ⅱ的降溫速度減慢，I則增快，使應力逐漸鬆弛。零應力點是這樣-種狀態：溫度差所對應的尺寸差，正好被Ⅱ的伸長(彈、塑變形)和I的縮短所抵消。(3)從τ2至τ3(室溫)。I的降溫速度繼續大於Ⅱ，使τ1～τ2間的冷縮特徵延續下來。由於起點是零應力狀態，從-開始就使I進入張應力狀態，Ⅱ為壓應力態，彈性和塑性變形亦反向。過程-直進行到I、Ⅱ都降到室溫，終態的應力值與材料在室溫下的屈服強度相對應，稱為殘留熱應力。
最簡模型的熱應力彎曲變形，在τ1狀態，曲率中心在Ⅱ方(向I方弓出)。如果全過程只有彈性變形，無塑性變形，則零應力點將移至τ3(均溫點)，並且彎曲量逐漸減少至零。非均溫時零應力點的出現正是τ0～τ1間發生了塑性變形的反映。I的塑性壓縮和Ⅱ的塑性伸長，導致冷卻的後期產生彎曲的反向：向冷卻快的Ⅱ方弓出。類似的現象在生產中是常見的。
組織應力及變形 如果把圖1b、c的τ0點定為Ms溫度，則只需將σ1、σ2符號互相掉換，就是組織應力曲線。簡言之，組織應力機制使冷卻快的-側最終受張應力，最終的彎曲為向冷速慢的一側弓出。
檢測實例 圖2、圖3分別是對中等尺寸的短棒狀工件經整體浸入冷卻介質激冷(到O℃)，熱應力和組織應力的實測結果。為了獲得單-的熱應力或組織應力，設計了特殊的加熱、冷卻工藝，如圖題後括弧中的說明。試件在浸冷時，外圈可參考圖1a中的Ⅱ，心部則相當於I。熱應力測定結果與圖1c(τ3)相-致。運用相似的推理，不難理解切向和徑向的殘留熱應力形成機制。殘留組織應力測定結果亦證明了前面關於組織應力與熱應力相反的推斷。
