鍛件的冷卻以及冷卻過程中的內(nèi)應(yīng)力
2020-09-14 12:24
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鍛件的冷卻是指鍛后從終鍛溫度冷卻到室溫。如果冷卻方法選擇不當(dāng)，鍛件可能因產(chǎn)生裂紋或白點而報廢，也可能延長生產(chǎn)周期而影響生產(chǎn)率。所以，鍛件冷卻也是鍛造生產(chǎn)中不可忽視的重要環(huán)節(jié)。
鍛件在冷卻過程中的內(nèi)應(yīng)力：坯料在加熱過程中會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，同樣，鍛件在冷卻過程中也會引起內(nèi)應(yīng)力。由于鍛 件冷卻后期是處于溫度較低的彈性狀態(tài)，因此冷卻內(nèi)應(yīng)力的危險性比加熱內(nèi)應(yīng)力更大，按 照冷卻時內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的原因不同，有溫度應(yīng)力、組織應(yīng)力和殘余應(yīng)力。
1.溫度應(yīng)力 在鍛件冷卻的初期，表層冷卻快，體積收縮大；心部冷卻慢，體積收縮小。由于表層的收縮受到心部的阻礙，于是在鍛件的內(nèi)部產(chǎn)生溫度應(yīng)力，表層為拉應(yīng)力，心部為壓應(yīng)力。如鍛件材料為抗力小易變形的軟鋼，隨著繼續(xù)冷卻，冷卻初期表層產(chǎn)生的拉應(yīng)力，由 于變形松弛逐漸減小至零。到冷卻后期，表層溫度很低，體積收縮停止，而心部體積收縮 卻受到表層制約，結(jié)果使溫度應(yīng)力符號發(fā)生改變，表層變?yōu)閴簯?yīng)力，心部變成拉應(yīng)力。
若鍛件材料為抗力大難變形的硬鋼，在冷卻初期表層產(chǎn)生的拉應(yīng)力不能得到松弛，就是冷卻后期，盡管心部體積收縮對表層產(chǎn)生附加壓應(yīng)力，但也只能使表層初期產(chǎn)生的拉應(yīng)力有所降低，而不會使溫度應(yīng)力符號發(fā)生改變，表層仍為拉應(yīng)力，心部仍為壓應(yīng)力。因此，軟鋼鍛件冷卻時可能出現(xiàn)內(nèi)裂，硬鋼鍛件冷卻時則易產(chǎn)生外裂。
2.組織應(yīng)力 鍛件在冷卻過程中如有相變發(fā)生，除引起溫度應(yīng)力外，還會產(chǎn)生組織應(yīng)力，也是由于相變前后組織的比容發(fā)生變化，以及鍛件表里相變時間不同的結(jié)果。如鍛件在冷卻過程中有馬氏體轉(zhuǎn)變時，隨著鍛件溫度降低，表層先進行馬氏體轉(zhuǎn)變，由于馬氏體的比容大于奧氏體的比容，這時所引起的組織應(yīng)力為，表層是壓應(yīng)力，心部為拉應(yīng)力。 但是這時心部溫度比較高，處于塑性良好的奧氏體狀態(tài)，通過局部塑性變形，上述應(yīng)力很快得到松弛。隨后鍛件繼續(xù)冷卻，心部也發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，這時產(chǎn)生的組織應(yīng)力，心部是壓應(yīng)力，表層為拉應(yīng)力。應(yīng)力不斷增大，直到馬氏體的轉(zhuǎn)變結(jié)束為止。由于鋼中所有相的比容均比奧氏體大，因此當(dāng)鍛件冷卻發(fā)生其它組織轉(zhuǎn)變時，所產(chǎn)生的組織應(yīng)力同樣具有上述規(guī)律。
3.殘余應(yīng)力 鍛件在鍛壓成形過程中，由于變形不均加工硬化所引起的內(nèi)應(yīng)力，如末能及時得到再結(jié)晶軟化將其消除，鍛后便成為殘余應(yīng)力保留下來。殘余應(yīng)力在鍛件內(nèi)部的分布， 拫據(jù)變形不均的情況而不同，可能是表層為拉應(yīng)力而心部為壓應(yīng)力，或者與此相反。
可以看出：鍛件在鍛后冷卻過程中，存在上述三種內(nèi)應(yīng)力，總的內(nèi)應(yīng)力為三者疊加。當(dāng)疊加的應(yīng)力值超過強度極限，便會在鍛件相應(yīng)部位引起裂紋，冷卻裂紋常常是在溫度較低與塑性較差時發(fā)生:。如疊加的內(nèi)應(yīng)力沒造成破壞，冷卻終了便保留下來，稱為鍛件的殘余應(yīng)力。
