關(guān)于鍛件的熱應(yīng)力和相變應(yīng)力

       鍛件經(jīng)過退火、正火、淬火、回火及表面改性熱處理后，都可能產(chǎn)生熱處理畸變。產(chǎn)生畸變的根本原因，在于鍛件在熱處理時產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，即由于內(nèi)外溫差及組織轉(zhuǎn)變的不同時性，使熱處理后的鍛件殘存有內(nèi)應(yīng)力。

       這種應(yīng)力在熱處理過程的某一瞬間超過鋼的屈服點時，便會引起鍛件的畸變。熱處理過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力有熱應(yīng)力和相變應(yīng)力，它們的形成原因和作用是不同的。

       鍛件在加熱和冷卻時伴有熱脹冷縮現(xiàn)象，當鍛件表面與心部由于加熱或冷卻速度不同，造成溫度差，其體積的膨脹或收縮在表面與心部也就不一樣，這種由于溫度差而產(chǎn)也體積變化的不同時性所引起的內(nèi)應(yīng)力，稱為熱應(yīng)力。

       鍛件在熱處理過程中，其熱應(yīng)力的變化主要表現(xiàn)為：鍛件加熱時，表面升溫速度快于心部，表面溫度高而膨脹，心部溫度低而未膨脹，此時表面受壓應(yīng)力，心部受拉應(yīng)力。當鍛件透熱后，心部溫度升高而膨脹，此時鍛件表現(xiàn)出體積膨脹；工件冷卻時，表層冷卻速度快于心部，表層要收縮，心部溫度高阻止收縮，對表層產(chǎn)生拉應(yīng)力，心部則產(chǎn)生壓應(yīng)力，當冷卻到一定溫度時，表層巳經(jīng)冷硬不再收縮，而心部由于繼續(xù)冷卻要發(fā)生收縮，此時表層受到壓應(yīng)力，而心部則受拉應(yīng)力，在冷卻結(jié)束后此應(yīng)力仍存在于鍛件內(nèi)部，稱為殘留應(yīng)力。

       鍛件熱處理過程中發(fā)生組織轉(zhuǎn)變時，由于不同組織的質(zhì)量體積不同，因此鍛件必然發(fā)生質(zhì)量體積變化。由于鍛件表面和心部存在溫度差，因此表面與心部組織轉(zhuǎn)變不及時，這樣內(nèi)外質(zhì)量體積變化不同就會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。這種由于組織轉(zhuǎn)變的不同時性所引起的內(nèi)應(yīng)力，稱為相變應(yīng)力。

       鋼中各基本組織的質(zhì)量體積，是按奧氏體、珠光體、索氏體、屈氏體、下貝氏體，回火馬氏體及馬氏體的順序，依次增大。例如，鍛件淬火快冷時，由于表層先冷至他點，所以表層由奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，體積脹大，但是心部仍處于奧氏體狀態(tài)，阻止表層的脹大，因此鍛件心部受到拉應(yīng)力，表層受到壓應(yīng)力；當繼續(xù)冷卻時，表層溫度降低，不再脹大，而心部由于轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，體積要繼續(xù)脹大，因此，將受到表層阻止，于是心部受到壓應(yīng)力，表層受到拉應(yīng)力。在冷卻結(jié)朿后，此應(yīng)力仍然存在于鍛件內(nèi)部，成為殘留應(yīng)力。

       因此，在淬火冷卻過程中，熱應(yīng)力與相變應(yīng)力的變化是相反的，最終殘留在鍛件內(nèi)部的兩種應(yīng)力也是相反的。熱應(yīng)力和相變應(yīng)力的合成應(yīng)力，稱為淬火內(nèi)應(yīng)力。當這種殘留在鍛件內(nèi)部的內(nèi)應(yīng)力超過鋼的屈服點時，會使工件產(chǎn)生塑性變形，就造成鍛件的畸變。