軸鍛件的冷卻以及冷卻過程中的內(nèi)應(yīng)力
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發(fā)表時間:2021-08-10 12:27
軸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),軸鍛件可能因產(chǎn)生裂紋或白點(diǎn)而報(bào)廢,也可能延長生產(chǎn)周期而影響生產(chǎn)率。所以,軸鍛件冷卻也是鍛造生產(chǎn)中不可忽視的重要環(huán)節(jié)。
軸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,軸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(xiǎn)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 在軸鍛件冷卻的初期.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,于是在軸鍛件的內(nèi)部產(chǎn)生溫度應(yīng)力,表層為拉應(yīng)力,心部為壓應(yīng)力。
如軸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。

若軸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 軸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,以及軸鍛件表里相變時間不同的結(jié)果。如軸鍛件在冷卻過程中有馬氏體轉(zhuǎn)變時,隨著軸鍛件溫度降低,表層***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。隨后軸鍛件繼續(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)軸鍛件冷卻發(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 軸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:軸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(qiáng)度極限,便會在軸鍛件相應(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,稱為軸鍛件的殘余應(yīng)力。