机械制造与自动化专业毕业论文对热处理过程中变形及开裂问题的探讨

机械制造与自动化专业毕业论文对热处理过程中变形及开裂问题的探讨内容摘要：

则大大提高。 当应力超过屈服强度时 ,就会产生塑性变形 ,如果造成应力集中，并超过了材料的强度极限 ,就会使零件淬裂。 导热性很差的高碳合金钢 ,如合金模具钢 Cr12MoV、高速钢 W18Cr4V 之类的工具钢，淬火加热温度很高，如不采用多次预热和缓慢加热 ,不但会造成零件变形 ,而且会导致零件开裂而报废。 此外 ,铸钢件和锻件毛坯 ,如果表层存在着一层脱碳层 ,由于表层和心部导热性能不同 ,在淬火加热较快时 ,也会产生 热应力而引起变形。 冷却时由于温差大 ,热应力是造成零件变形的主要原因。 急冷热应力的两个特点： 1）零件表面产生压力，心部产生热效应。 2）大型轴类零件心部的轴向参与拉应力特别大。 对工件的影响：大型轴类零件如轧辊，因冷却后轴向参与拉应力很大，再加上心部往往存在气孔、夹杂、锻造裂纹等缺陷，故容易造成横向开裂。 对于形状简单的小轴类零件，新产生的表面压应力可以提高其抗疲劳能力。 实践证明，热应力引起工件变形的特点是和物体内部受到高的流体静压力作用的结果相似，它使平面变成凸面，直角变成钝角，长的方向变短，短的方向变长。 如图 1 3 图 1 框型铸件热应力的形成过程 组织应力引起的变形 如果金属制品在加热和冷却时发生相变，由于新旧相之间存在着结构和比容差异，制品各部分又难以同时发生相变，或者各部分的相变产物有所不同，也会引起应力，这种因组织结构转变不均匀而产生的应力称为组织应力。 制品在加热或冷却过程中发生的相变总是先从表层开始的，然后向心部发展，若相变时体积增大，先转变的表层膨胀将受到心部牵制。 结果表层受压应力，心部受拉应力。 若相变时体积减小，则表层为拉应力而心部为压应力。 例如钢件淬火时，表层先发生马氏体转变，由于马氏体 的比容大于母相奥氏体的比容，因而表层膨胀。 但这种膨胀会受到心部的牵制，故表层受压应力，心部受拉应力；当心部也冷至马氏体转变点以下，心部发生马氏体转变而膨胀，但又受到表层的牵制，故此时心部受压应力，而表层受拉应力。 组织应力有两个特点： 1）工件表面受拉应力，心部压应力。 2）靠近表面层，切向拉应力大于轴向拉应力。 组织应力引起工件变形的特点与热应力相反，使平面变凹，直角变成锐角，长的方向变长，短的方向变短。 一句话使尖角变得突出，特别指出的是，试样表面的切向拉应力很大，较大的切向拉应力往往是零件产生纵向裂纹的主要 原因。 淬火零件的变形时热应力和组织应力综合作用的结果。 除了内应力外，零件的变形还要原材料成分、工件的形状和介质冷却速度的影响，实际情况要复杂很多。 因此在解决实际问题时，要全面分析，指出起主导作用的是热应力还是组织应力，以便判定变形的趋势或裂纹产生的可能性，并采取各种 措施予以控制或防止。 二、影响变形及开裂的因素 在实际生产中，影响热处理变形的因素有很多，其中主要包括钢的原始组织、化学成分、零件尺寸和形状、淬火介质的选择、淬火工艺、钢的淬透性等。 钢的化学成分 钢的化 学成分中以含碳量对淬火变形的影响最大。 随着钢中含碳量的升高， 4 马氏体的质量体积增大，因组织转变而引起的体积变化及因相变应力而引起的淬火变形便越大。 但高碳钢由于残留奥氏体量的增加，抵消了一部分马氏体转变的膨胀作用，而体积变化相对减小。 随着含碳量的增加，钢中马氏体转变点的温度也降低，这是开始马氏体转变，钢已处于较低温度，难以塑性变形，这也导致相变应力变形减小，热应力变形明显。 概括起来可以得出以下结论：在低碳钢中，由于淬火时质量体积变化较小，特别是淬透性差，故其淬火变形常以热应力为主。 中碳钢中，因其淬火时质量体积变化较大，淬透性也较低碳钢大，且 MS 点还比较高，故当零件尺寸较小淬火变形将以相变应力变形为主；当然随着零件尺寸增大，硬度层深度减小，将会逐渐过渡到以热应力变形为主。 在高碳钢中，由于 MS 点较低，残留奥氏体较多，故淬火变形主要是热应力变形。 合金元素大多会明显提高钢的淬透性，使 MS 点下降，残留奥氏体量增多，因此减少了相变应力；同时合金元素提高了钢的淬透性，可以在缓和的介质中淬火，减少了工件的热应力；另外由于合金元素的加入，提高了钢的屈服强度，因此显著地减少了淬火应力引起的变形。 钢的淬透性 钢的淬透性是指 在规定条件下，决定钢材淬硬深度和硬度分布的特征。 它是反映钢在淬火时，奥氏体转变为马氏体的难易程度。 钢的淬透性与钢的临界冷却速度有密切的关系，临界冷却速度越底，钢的淬透性越好，降低临界冷却速度的主要因素是钢的化学成分，例如合金钢的淬透性比碳钢好。 淬透性好的钢，在淬火冷却时可采用比较缓和的淬火介质，减少工件淬火的变形及开裂倾向。 因此，对于重要的、形状复杂的、大截面的零件应选择淬透性好的合金钢，经淬火及回火处理，既能获得所需要的力学性能，又能减少变形及开裂。 钢的原始组织 零件淬火前的组织状态对零件的淬火质量 有很大影响，如碳素工具钢、合金工具钢、轴承钢等，这些钢在锻造加工以后，必须进行球化退火，将片状珠光体变为球状珠光体，在淬火加热时，奥氏体晶粒不易长大，冷却时工件的变形和开 裂倾向小。 另外偏析现象和网状组织 ,对淬火后工件的变形、特别是对细长轴的弯曲变形影响很大。 材料的本质晶粒度越细 ,屈服强度越高 ,对变形的抗力越大 ,工件淬火后的变形量就相应减小。 淬火介质 根据碳钢的等温转变图可。