锻件冷却过程中的内应力

冷却锻件指从终锻温度冷却到室温后锻造。如果冷却方式选择不当,锻件可能会因裂纹或白点而报废,并且生产周期延长可能会影响生产率。所以,锻造散热也是一个重要环节锻造生产。锻造冷却过程中的内应力:坯料在加热过程中会产生内应力,锻造冷却过程中也会产生内应力。因为锻件冷却后期处于低温弹性状态,产生冷却内应力的风险大于产生加热内应力的风险。根据冷却时产生内应力的不同原因,有温度应力、组织应力和残余应力。

1、前期温度胁迫锻造冷却,表面冷却快,体积收缩大;核心冷却缓慢,体积收缩。由于表面的收缩受到心部的阻碍,锻件内部产生温度应力,表面为拉应力,心部为压应力。如果锻造材质为低碳钢,阻力小,易变形,随着继续冷却,冷却初期表面产生的拉应力通过变形松弛逐渐降至零。冷却后期,表面温度很低,体积收缩停止,而芯部体积收缩则受到表层的限制。结果,温度应力符号发生变化,表层变为压应力,芯部变为拉应力。如果硬质钢锻件材料为抵抗大变形,在冷却开始时表面的拉应力不能松弛,冷却后期,体积收缩虽然在芯部附着在表面压应力上,但也可以使表面早期产生的拉应力减小,并且不会引起符号温度应力的变化,表面仍是拉应力,内心仍是压应力。因此,低碳钢锻件冷却时可能出现内部裂纹,而硬钢锻件冷却时易产生外部裂纹。

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2.组织压力锻件在冷却过程中,如发生相变,除了引起温度应力外,还会产生组织应力,也是由于相变前后组织比容量的变化,以及不同相变的结果锻造台上的时间。如锻件在冷却过程中发生马氏体转变,随着锻件温度降低,表面发生马氏体转变,由于马氏体比容大于奥氏体比容,则表面引起的组织应力为压应力压力,心脏就是拉应力。但此时心部温度较高,处于塑性良好的奥氏体状态,通过局部塑性变形,上述应力很快得到松弛。然后锻件继续冷却,心部发生马氏体转变,此时组织产生应力,心部是压应力,表层是拉应力。应力增加直至马氏体转变完成。由于钢中各相的比体积均大于奥氏体,因此锻件冷却过程中其他组织变化产生的组织应力也有上述规律。
3.残余应力锻件在锻造过程中,由于加工硬化引起的内应力变形不均匀,如端面可及时再结晶软化来消除,后锻造将成为残余应力。根据申报方不均匀变形,申报方内部锻件的残余应力分布。它可能是表面的拉应力和中心的压应力,或者反之亦然。可见,在冷却后的过程中存在上述三种内应力。锻造,总内应力由三者叠加。当叠加应力值超过强度极限时,就会引起相应部位的裂纹。锻造、温度低、塑性差时常出现冷却裂纹:。如叠加的内应力没有造成损伤,冷却结束时会保留下来,称为锻件的残余应力。


发布时间:2021年11月10日