关于轴承淬火后表面应力问题的讨论

慕山慕水

一般轴承套圈马氏体淬火后表面为“拉应力”，一些资料表明轴承套圈硝盐贝式体淬火后表面为“压应力”，另有一些专家说硝盐马氏体分级淬火控制得当表面也为“压应力”，另外据有资料说现在FAG、SKF等普遍应用的盐浴“马贝混合淬火”表面也为“压应力”，请问各位专家，有谁专门研究过轴承淬火后表面应力的问题，请从原理及亲身试验数据等方面讨论一下这个问题。

monday

如果表面存在脱碳现象，肯定是拉应力状态，如果表面不存在脱碳问题，正常情况下的马氏体淬火应该是压应力，但是压应力的大小和深度是一个问题，另外磨削加工对应力的影响非常大，淬火后由于表面状态不太好，应力不太容易检测，须经过磨削后才能检测 ，但是经过磨削后如果不注意会产生很大的误判！
产生压应力的大小我认为应该控制表面的冷却与心部冷却的时间差，使心部劲可能与表面同事冷却，所以可以采用降低表面马氏体转变开始点温度的方式进行，但是如何在生产中达到这个目的还请大家多多发言，多多发表意见……

小小学生

马氏体淬火后表面拉应力和压应力和冷却有很大关系的,应力是拉还是压主要是看淬火温度的冷却速度,但总体来说硝盐淬火都是压应力的,原理我也说不太明白,但我以前用X射线应力测试仪测过许多马氏体淬火的和贝氏体淬火的轴承内外套,总体上和我说的相符,只是在有些套圈上会出现应力分布不均的现相,就是有的点是拉应力,有的点是压应力,变形越大越明显,而且与长短轴是相对应的,有兴趣的话可以加我的QQ782034820

lpl24

关于这个问题，资料上说的是有道理的。
1、因为轴承钢淬火过程中受到两种状态的应力：一种组织应力（表面拉应力，心部压应力）；一种热应力（表面压应力，心部拉应力）。
2、马氏体淬火过程中由于马氏体相变点很低，造成冷却过程中零件表面和心部温度阶梯太大，最终组织应力远大于热应力，两种应力综合作用的结果使零件表面呈现以组织应力为主的应力状态，即表面为“拉应力”！
3、贝氏体淬火过程中由于贝氏体相变温度相对较高，零件冷却比较均衡，最终两种应力综合作用的结果使零件表面呈现以热应力为主的应力状态，即表面为“压应力”！
大家还有什么别的解释的，可以传上来共同讨论！

香罗

炽热钢件淬火时，表面部分首先收缩，芯部由于相对温度较高而抗拒收缩，从而产生了工件内部的热应力，表面受拉，芯部受压。此时由于温度较高，材料很容易发生屈服变形，微量的屈服变形释放了部分的热应力，结果是表面被胀大（相对于室温下的尺寸，而不是高温下的）而芯部被压缩变小。稍后等到表面温度降到一定水平不再继续下降，此时芯部温度较高温度继续降低，体积继续缩小。首先平衡之前的残余应力，之后受到较高强度的表面组织的约束，芯部难以继续收缩，此时表面受压，芯部受拉。这就是无相变情况下的热应力。
另一方面，冷却到马氏体转变开始线之下后，表面部分首先产生马氏体组织体积胀大，芯部牵制，于是表面受压，芯部受拉。此时温度更低，强度更高，于是更微量的塑性变形产生了。稍后芯部也发生转变而胀大，首先平衡之前的残余应力，之后受高强表面的约束产生应力。结果是表面受拉，芯部受压。这就是不考虑热胀冷缩的组织应力。
每次都是呆了吧唧的芯部落后半拍先给挤变形，等到自己回过味的时候人家表面已经硬起来了所以受欺负。
以上两力叠加就是最后的淬火应力状态了。所以残余应力有热应力型和组织应力型之分，具体应该根据材料特性和冷却速度的区别，看哪种应力处于主导地位。
贝氏体比体积变化不明显，所以组织应力不明显。一般马氏体淬火最后都是表面受拉，芯部受压，除了渗碳钢。渗碳钢芯部没有马氏体转变，所以只有表面胀大，表面受压。而渗碳层内越表面C含量越高，导致马氏体转变开始温度越低，从而胀大开始的时间反而滞后于次表层，因而越表层压应力越明显。脱碳层的情况刚好与此相反。
要说明的一点是，我这里说的拉应力和压应力都是切向的，不是径向力，具体参见各位的裤腰带。假想一下，芯部（也就是你的肚子）胀大的时候，表层组织所受的拉应力;P
再罗嗦一句，热应力的问题还可以联系到加热阶段。快速的加热应该有可能使得工件在入油之前表面已经产生一定的拉应力！只是由于加热相对于淬火过程其烈度是非常温和的，并且高温下的应力也是很容易得到释放的，所以其应力水平也是极其有限的。

[ 本帖最后由 香罗 于 2008-3-25 23:50 编辑 ]

zhaozhihua

今天才看到这个帖子，很是遗憾。
其实在很多帖子上都多少讨论过这个问题。但是没有定论
最近我又碰到了这个比价棘手的问题。
和一位同事在讨论这个问题的时候，她比较肯定的讲了利用硝烟淬火的工件出来后表面呈现压应力的状态。
仔细想想根据小艳淬火介质的特点，应该能够和3楼的意见吻合。
还望继续讨论这个话题。

zhaozhihua

以前关于渗碳件和其他表面处理的工件表面呈现压应力状态，这个是大家比较公认的。
但是普通的比如轴承零件的普通油淬和硝烟淬火相比。油淬火表面呈现拉应力状态？而硝烟淬火工件表面就呈现压应力状态？

高云来

回复 1# 慕山慕水


    马贝混合淬火这个是什么概念啊？

lmdrcl

邓总这个问题很深奥啊！

zzhongyuanme

盐浴淬火可以明显改变薄壁零件的零件的翘曲和变形，对吧？若没有达到这个效果是哪些环节除了问题啊？

buco4c

按照大家的说法，应该盐淬产生压应力的原因是因为，盐淬温度比较高，发生马氏体相变以前表面和芯部的温差已经比较小了

buco4c

这时主要以热应力为主，所以表面呈压应力。
后面马氏体相变时，表面和芯部没有显著的差别，所以相变应力可以忽略。
合起来后，表面就是压应力了！

buco4c

还有些说真空热处理也是表面压应力，
从专家的意见中发现，大家一致认为是冷速过快引起的。
那么应该是冷速过快，热应力比较大，然后就使相变应力和热应力综合后，以热应力为主。

冷速快，这个好像是真空炉和盐浴炉的共同点

化生

"大哥啊 "
懂得什么叫 “幽默” ，懂得"向善若水”“”
送你几句话： 看山是山， 看水是水，
看山不是山， 看水不是水  
看山还是山， 看水还是水
做人做学，都是如此！
但研究的课题是由数据支持，不支持不科学的态度， 勿忘： 打黑变黑打。
应力测试亦非难事，为什麽不去测测？？
---如人饮水冷暖自知
望我们共勉！

maike

化生 发表于 2012-11-7 23:43
martensite usually has a residual stress of tensile in the range of +20 (stbilized temper) up to +20 ...

呵呵，首先，我不否认你得这些数据，但是这些数据是在一定的基础上得来的！不要误导大家，不同的实验环境，不同的实验条件也是不同的！再一个你竟然对应力了解这么多，你能不能从根本解释一下应力产生呢？这样在实际生产中如何改变相关的参数来改变应力和应力的状态呢？
既然你得应力状态不仅仅在轴承钢上，那就是多大的范围呢？这影响的因素会不会更多呢？

maike

化生 发表于 2012-11-7 11:44
我们小子打闹， 你别当真 --惊动你老 ！！

我最烦你们这套了，动动什么‘我们小子大闹’。宋工的资历、学识、和阅历、并且对问题的分析我很佩服，我们向学习。需要宋工给予指导！不要整得像政治上什么嬉皮笑脸！这是热处理论坛，大家探讨自己对各个事物的认识和对问题分析过程，互相学习，要打闹别和我扯上，我部愿意和你打闹！请你尊重论坛，尊重论坛的人！这不你打闹的地方！

化生

martensite usually has a residual stress of tensile in the range of +20 (stbilized temper) up to +200 MPa (low temper), bainite is ranging in compression from -20 to -200 MPa and case hardening between -50 to -350 MPa. All of these values measured near surface.

这是师傅与外国专家研究的课题 实验数据的一般结论, 别误解仅限于轴承行业,并人对楼主的所提出的应力感兴趣

化生

关于在盐浴淬火有关马氏的应力 是压应力 ？ 是否那位做过应力测试 ？ 也期待其理论解释？
别误解仅轴承行业探讨。 本人感兴趣的是能研究应力状态

化生

我们小子打闹， 你别当真 --惊动你老 ！！

热处理老宋

化生 发表于 2012-11-7 08:42
朋友 ， 这些都是实验数据啊 ， 不是所谓的空谈啊 ， 关于如何解解 门派太多， 总是先有打哪指哪的嫌疑

...

化生坛友，看了你的几篇帖子，今天看到你有高师，非常想学一下，记住，千万不要是江湖郎中，随意推测、猜想不行，轴承行业热处理高人不才近30年在世过的，几乎都拜访过，你的师傅一定高，不然，教出的徒弟，不能如此“较有水平”，我想拜师，能否搞一个真的师傅，学历高、资历高不怕，应该不会有潘健生院士高吧？我可以拜访，讲实话，行吗？