热处理淬火应力及其分布的影响因素

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工件淬火时，热应力和组织应力都将在同一工件中发生，绝大多数情况下还同时发生。例如普通钢件淬火时，从加热温度冷却至Ms点以前产生热应力，继续冷却时，热应力继续发生变化；但与此同时，由于发生奥氏体向马氏体转变，则还产生组织应力，因此，在实际工件上产生的应力应为热应力与组织应力这二者叠加的结果。而热应力与组织应力二者的变化规律恰好相反，因此如何恰当利用其彼此相反的特性，以减少变形、开裂，是很重要的。

影响淬火应力的因素

1、含碳量的影响

钢中含碳量增加，马氏体比体积增大，淬火后组织应力应增加。但钢中（溶入奥氏体中）含碳量增加，使Ms下降，淬火后残余奥氏体量增加，因而组织应力下降。综合这两方面的相反作用效果，随着含碳量增加，热应力作用逐渐减弱，组织应力逐渐增强。

随着含碳量的增加，表面压应力值逐渐减小，拉应力值逐渐增大，而且拉应力值的位置越来越靠近表面。此外，随着含碳量的增加，孪晶型马氏体数量增多，马氏体生长过程中有裂纹存在，这些均将导致增大高碳钢淬裂倾向性。

2、合金元素的影响

钢中加入合金元素后，其热导率下降，导致热应力和组织应力增加。多数合金元素使Ms下降，这使热应力作用增强。凡增加钢的淬透性的合金元素，在工件没有完全淬透的情况下，有增强组织应力的作用。

3、工件尺寸的影响

工件尺寸大小对内应力分布的影响，有以下两种情况。

（1）完全淬透的情况。工件尺寸大小主要影响淬火冷却过程中截面的温差，特别是在高温区工件表面与淬火介质温度差大，冷却快，而工件尺寸越大中心部位热量向表面的传导越慢，因而工件尺寸越大对高温区的温差影响越大。因此可以推知，当工件直径较小时，温差较小，热应力作用较小，应力特征主要为组织应力型；而直径较大时，使高温区的温差影响突出，热应力作用增强，因而工件淬火应力变成热应力型。

（2）不完全淬透情况。在工件没有完全淬透的情况下，除了前述的热应力和组织应力外，尚因表面淬硬部位是马氏体，未淬硬部位是非马氏体而产生组织不同情况。由于组织不同，比体积不同，也将引起内应力。如仅考虑由于没有淬透而引起的应力，很显然，表面区马氏体比体积大，膨胀；而心部非马氏体，比体积小，收缩，其结果是表面为压应力，心部为拉应力。由此可知，在未完全淬透情况下，所产生的应力特征是与热应力相类似的，工件直径越大，淬硬层越薄，热应力特征越明显。

4、淬火介质和冷却方法的影响

淬火介质的冷却能力，在不同工件冷却温度区间是不相同的，因而也影响淬火内应力的分布。冷却方法是影响是如此。如果在高于Ms点区域冷却速度慢，则为热应力型，反之则为组织应力型。因此在选择淬火介质时，不仅要考虑其淬火烈度，还要考虑其淬火冷却过程中不同温度区间的冷却能力。因此，通过合理的选择淬火介质及淬火冷却方法就可以控制工件内应力，防止变形及开裂。