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p20模具鋼表面淬火工件的殘余應力
發(fā)布者未知??來源:蘇州浩凱P20模具鋼材料??發(fā)布時間:2025-02-07
P20模具鋼表面淬火工件的殘余應力
工程上常用的表面淬火方法主要有高頻淬火和火焰淬火兩種，經這兩種方法淬火的工件具有相似的殘余應力分布。根據(jù)圓柱體鋼樣高頻淬火時殘余應力形成機理以及感應加熱終了后的狀態(tài)，例如鋼的原始組織為珠光體，則一方面表層轉變?yōu)閵W氏體時體積要收縮，另一方面溫度升高表層體積要膨脹，不論是膨脹還是收縮，由于受到未被加熱的心部的牽制，都會導致表層的塑性變形使本該產生的應力得到松弛。根據(jù)冷卻終了后的狀態(tài)，此時心部仍然沒有任何變化，但加熱后受到急冷的表層卻因馬氏體相變而發(fā)生膨脹（或收縮）那樣，也受到心部的牽制，如果假想表層和心部可以分離，那么在兩者之間一定會形成間隙。但是，表層和心部實際上是不能分離的，結果是本來要膨脹的淬過火的表層因受到來自內側的牽制而產生壓應力，心部則形成拉應力。
高頻淬火的殘余應力的大小和分布與淬火層的深度和硬度分布、工件尺寸、加熱和冷卻規(guī)范等許多因素有關。淬火層深度對殘余壓應力的分布有顯著影響，隨淬火硬化層深度的增大，表層殘余壓應力增大，淬火層下大的拉應力峰向中心移動；但當淬火層深度超過一定值后，表層的殘余壓應力又隨淬火層深度的增加而降低。對于中小尺寸的鋼件，當淬火層總深度為工件半徑的10%～20%時，其殘余應力的分布為有利。對于大型零件來說，該比例可能要小些，但一般只要淬火層總深度不超過鋼的淬透性時，就能得到有利的殘余應力分布。
淬火層深度有相同時，表層的殘余壓應力隨著工件尺寸的增大而增大，而未淬火的心部拉應力則降低。沿淬火層深度上的硬度分布太陡和太緩，對殘余應力的分布均有不利的影響，硬度分布太陡，拉應力的大值向表面趨近，雖然表面具有益的壓應力，但對強化零件的安全作用卻減小，因為破壞往往起始于淬火層下的大的拉應力處。硬度分布過緩，雖然危險的拉應力值較小，并向心部移動；但是，有益的表面壓應力卻也隨之降低了。因此，一般認為高頻淬火過渡區(qū)的寬度宜為淬火層深度的20%～30%。
在局部表面加熱淬火時，淬火區(qū)內殘余應力沿層深的分布符合通常感應加熱淬火殘余應力的分布規(guī)律，表面為殘余壓應力，殘余壓應力層的深度淬火硬化層的深度相當。在淬火區(qū)與未淬火區(qū)的交界處附近，表面的殘余壓應力減小，壓應力層的深度變薄，甚至表面形成殘余拉應力。例：Cr12型馬氏體不銹鋼板狀試樣，經局部高頻淬火后，殘余內應力的分布情況，可以看出，距淬火區(qū)外3㎜處（測點3），表面殘余應力已接近衰減為零，只有約－20MPa，層下僅4μm處，即轉化為殘余拉應力，沿層深主要呈拉應力型分布。該區(qū)的存在降低了鋼件的疲勞強度和應力腐蝕抗力，應給予充分重視。
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