鍛件的冷卻以及冷卻過程中的內應力
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，鍛件可能因產生裂紋或白點而報廢，也可能延長生產周期而影響生產率。所以，鍛件冷卻也是鍛造生產中不可忽視的重要環(huán)節(jié)。
鍛件在冷卻過程中的內應力：坯料在加熱過程中會產生內應力，同樣，鍛件在冷卻過程中也會引起內應力。由于鍛 件冷卻后期是處于溫度較低的彈性狀態(tài)，因此冷卻內應力的危險性比加熱內應力更大，按 照冷卻時內應力產生的原因不同，有溫度應力、組織應力和殘余應力。
1.溫度應力 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，于是在鍛件的內部產生溫度應力，表層為拉應力，心部為壓應力。如鍛件材料為抗力小易變形的軟鋼，隨著繼續(xù)冷卻，冷卻初期表層產生的拉應力，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，結果使溫度應力符號發(fā)生改變，表層變?yōu)閴簯Γ牟孔兂衫瓚Α?/span>
若鍛件材料為抗力大難變形的硬鋼，在冷卻初期表層產生的拉應力不能得到松弛，就是冷卻后期，盡管心部體積收縮對表層產生附加壓應力，但也只能使表層初期產生的拉應力有所降低，而不會使溫度應力符號發(fā)生改變，表層仍為拉應力，心部仍為壓應力。因此，軟鋼鍛件冷卻時可能出現內裂，硬鋼鍛件冷卻時則易產生外裂。
2.組織應力 鍛件在冷卻過程中如有相變發(fā)生，除引起溫度應力外，還會產生組織應力，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果。如鍛件在冷卻過程中有馬氏體轉變時，隨著鍛件溫度降低，表層先進行馬氏體轉變，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力為，表層是壓應力，心部為拉應力。 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)生馬氏體轉變，這時產生的組織應力，心部是壓應力，表層為拉應力。應力不斷增大，直到馬氏體的轉變結束為止。由于鋼中所有相的比容均比奧氏體大，因此當鍛件冷卻發(fā)生其它組織轉變時，所產生的組織應力同樣具有上述規(guī)律。
3.殘余應力 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應力，如末能及時得到再結晶軟化將其消除，鍛后便成為殘余應力保留下來。殘余應力在鍛件內部的分布， 拫據變形不均的情況而不同，可能是表層為拉應力而心部為壓應力，或者與此相反。
可以看出：鍛件在鍛后冷卻過程中，存在上述三種內應力，總的內應力為三者疊加。當疊加的應力值超過強度極限，便會在鍛件相應部位引起裂紋，冷卻裂紋常常是在溫度較低與塑性較差時發(fā)生:。如疊加的內應力沒造成破壞，冷卻終了便保留下來，稱為鍛件的殘余應力。
