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热处理消除残余应力作用

文章出处:Admin5 人气:发表时间:2019-07-24 11:39

      通过热处理的方法或机械作用法可以消除工件的残余应力或使其重新分布。退火和回火能够部分地或完全地消除残余应力,是最常用的方法。但是退火和回火还会引起材料的组织变化、硬度下降和其他力学性能的变化。
      机械作用法包括静态应务处理法、冲击应力处理法、模具钢材振动处理法等。其原理是在机械力的作用下,使工件产生局部塑性变形,以达到降低和调整残余应力的目的。机械作用法一般不会改变材料的微观组织和力学性能,但是只能部分地消除残余应力或使其重新分布,不可能使残余应力完全消除。
      热处理对消除残余应力的作用
      1消除应力退火
      消除应力退火的主要目的是消除铸造、锻造、焊接及机械加工等工序所造成的内应力。其工艺是将工件加热至Ac1以下50~200℃,保温后空冷或炉冷至200~300℃,再出炉空冷。消除应力退火中不发生相变组织转变,模具钢材去除内应力的机理是局部塑性变形和蠕变引起的应力松弛。残余应力超过材料的屈服强度,就会使材料发生塑性变形,因此,残余应力总是低于材料的屈服强度。通常材料的屈服强度随温度的升高而降低。例:温度升高到620℃,3%NiCr钢的弹性极限降到约160MPa,也就是说,在620℃退火时,3%NiCr钢的残余应力不会超过160MPa。考虑到蠕变变形的影响,残余应力还会进一步降低。
      2回火与残余应力的去除
      回火的作用之一是消除淬火钢中的残余应力。淬火马氏体是一种不稳定的组织,具有高的硬度和大的淬火应力。钢淬火后,往往得不到单纯的淬火马氏体,而是形成含有像残余奥氏体、贝氏体等组织的混合组织。这些不稳定组织在回火过程中,因发生分解而引起残余应力的消除或重新分布。由于回火加热,金属内部原子的振动加剧,钢的屈服强度降低,塑性增大,也会导致残余应力因局部塑性变形而降低。
      残余应力消除的程度取决于回火工艺和淬火组织的不稳定程度。在各个工艺参数中,回火温度对消除残余应力的影响最大。根据30钢的淬火应力随回火温度的变化可知,450℃以下,淬火应力随回火温度的升高缓慢下降,超过450℃回火,残余应力去除的效果明显。但是,只有回火温度达到500~600℃甚至更高时,残余应力才能接近全部去除。应当指出的是,随回火温度的升高,淬火钢的硬度伴随马氏体的分解而降低。因此,为消除淬火应力而选择回火温度时,应注意在保证力学性能的条件下进行。例如,冷变形工模具钢,为保持淬火状态的高硬度,常采用低温回火,只能使部分淬火应力得以消除。而对要求高强度、高韧度的结构钢,往往采用中温和高温回火,残余应力消除的就比较充分。对于Ms点较高的低碳马氏体钢,淬火应力较低,低碳马氏体具有优良的综合力学性能,加上自回火的作用,可以在淬火态使用。回火时间对残余应力的影响。残余应力主要是在回火开始阶段去除的,过分延长回火时间对去除残余应力意义不大。
      大锻件回火冷却不当,会产生大的残余应力,这是由于高温回火后,在高塑性和低弹性的高温区(碳钢和低合金钢>400℃,合金钢>450℃)快冷时,表面产生了剪切变形的缘故。为了缩短回火时间,提高劳动生产率,在低温弹性区域内(<300℃=,可以采用较快的冷却速度。
      调质处理大锻件中的残余应力属于热残余应力,表面受压,心部受拉,其表面的残余应力可用下式近似估算,分别为锻件表面的轴向和切向残余应力锻件在高温阶段冷却时,工件中的最大温差。由于回火过程不稳定组织趋向稳定化的过程,而这正是残余应力消除的原因之一,因此,组织愈不稳定,则在回火加热时内应力去除的效果愈明显。应当指出的是,在回火加热去除应力时,要注意防止钢的回火脆性和工件的变形。

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