《钢的热处理内应力、变形和裂纹》的探讨（21）

伯龙马

      如题
    《钢的热处理内应力、变形和裂纹》的探讨（21）
     3. 工件的热处理变形（续）
     3.2热处理变形的一般规律
   （1）翘 曲（畸形）变 形 的 一 般 规 律
      1）单一热应力的作用结果见表4-9所示。  
淬火热应力引起的变形，往往使圆柱形工件趋向“腰鼓”形状，即直径胀大而长度缩小。淬火冷却时，工件从高温进行急剧冷却时，由于表面层比内部冷却快，表面发生急剧收缩，使内部产生压应力。与此相对，表面层承受拉应力。当应力值超过高温屈服强度时，就会发生塑性变形。由于棱角的冷却比表面的心部冷却快，则表面的心部胀大得多，即表面的心部向外凸起，使整体成为类似腰鼓形。在继续冷却过程中，内部收缩时，受到已冷的外部牵制作用，使内部受拉应力，而外部受压应力，即发生应力反转。最终所发生的变形趋向表面面积缩小，对于正方体形工件趋向于形成球形；套类工件内径和高度减小而外径增大；环类工件外径增大而内径减小。
未穿透淬火时内部这种变形的大小，取决于内应力与屈服强度之间的关系。高温强度愈高的钢，其变形愈小。产生这种变形的主要原因是热应力造成的。因此，与下列因素密切相关：
冷却速度愈快，变形愈大；淬火加热温度愈高，变形愈大；工件截面尺寸愈大，变形愈大；钢的导热性愈好，变形愈大。日常使用的奥氏体不锈钢和高锰钢等热处理时，即不发生相变的钢热处理时都会产生这种变形。

       2）单一组织应力的作用结果见表4-9所示。 淬火过程，单一组织应力引起的变形规律是，立方体件的各面倾向于凹入变形；长的圆柱体，直径缩小，长度增加；圆盘形件直径增加，厚度减小。组织应力对方圆类件引起的变形规律。在淬火冷却初期，表面层首先发生马氏体转变，使其体积膨胀。但受内部的牵制作用，表面呈压应力、内部呈拉应力状态。如此，致使表面收缩而棱角冷却快，膨胀后被固定。最终各面呈现凹陷形。在进一步冷却时，内部也发生马氏体转变，并向外膨胀。但表面层已固定，使表面呈拉应力状态。

       3）热应力和组织应力综合作用的结果十分复杂
在实际生产中，热处理时一般都是既有热应力，也有组织应力以及组织不均造成的附加应力等。所以，在这种情况下对变形的影响十分复杂。在多种复杂应力作用下，究竟产生怎样的变形，钢的淬透性和马氏体转变开始温度（Ms点）的位置有很大关系。但对于一定成分的钢，将受淬火温度的影响很大，因为淬火温度高低决定其高温奥氏体中的含碳量和合金元素含量、Ms点，以及热应力大等。
图4-35所示为高淬透性钢穿透淬火时，内应力的变化情况。对于高碳钢来说，由于Ms点低、屈服强度高，一般呈热应力型的变形，即趋于球形化。对于一般结构钢来说，其Ms点较高、屈服强度较低，如果淬透性愈好，则组织应力的影响愈大。因此，变形往往是组织应力和热应力综合作用的结果，产生以组织应力影响为主的变形。

     （2）体 积 变 形 的 一 般 规 律
比体积变化的结果导致工件的胀、缩  如前所述，体积变形是由于相变过程，其比体积变化引起的。然而，比体积的大小与钢的含碳量有关。钢中含碳量愈多，马氏体体积变化愈大。另外，钢中碳化物分布得不均匀，往往也增加变形程度。

    （3）时 效 变 形 的 一 般 规 律
淬火组织和应力趋于稳定化的结果导致工件的胀、缩  钢的淬火组织和应力状态取决于淬火冷却速度和回火温度等。
      1）在水中冷却淬火的中碳钢和高碳钢的时效变形均呈现收缩倾向。
     2）对于有二次硬化效应的高合金钢，如高速钢和高铬钢等，在550～600℃温度回火后残余奥氏体仍进一步分解成回火马氏体，从而引起体积膨胀。         表4-10所示为几种微变形钢的时效变形情况。
     3）对于时效硬化钢而言，主要是借助微粒质点的析出硬化，所以，时效变形总是收缩的，冷处理将导致体积收缩的时效变形。