热处理应力有哪些(热处理内应力及变形)

导语：热处理应力及其分类

　　热处理应力是指工件经热处理后最终残存下来的应力，热处理应力主要可以分为热应力和组织应力两种，工件的热处理畸变是热应力和组织应力综合作用的结果。热处理应力在工件内存在的状态及其引起的作用是有所不同的。因加热或冷却不均匀而造成的内应力称为热应力;因组织转变的不等时性所造成的内应力称为组织应力。另外，因工件内部组织转变的不均匀而引起的内应力称为附加应力。热处理后工件的最终热应力、组织应力及附加应力之和，称之为残留应力。热处理残余力是指工件经热处理后最终残存下来的应力，对工件的形状、尺寸和性能都有极为重要的影响。当它超过材料的屈服强度时，便引起工件的变形，超过材料的强度极限时就会使工件开裂，这是它有害的一面，应当减少和消除。但在一定条件下控制应力使之合理分布，就可以提高零件的机械性能和使用寿命，变有害为有利。

　　分析钢在热处理过程中应力的分布和变化规律，使之合理分布对提高产品质量有着深远的实际意义。例如关于表层残余压应力的合理分布对零件使用寿命的影响问题已经引起了人们的广泛重视。

　　1.热应力

　　首先工件在加热和冷却过程中，由于表层和心部的冷却速度和时间的不一致形成温差，就会导致体积膨胀和收缩不均而产生应力，即热应力。通常，加热或冷却速度越快，产生的热应力越大。

　　2.组织应力

　　另一方面钢在热处理过程中由于组织的变化即奥氏体向马氏体转变时，因比容的增大会伴随工件体积的膨胀，工件各部位先后相变，造成体积长大不一致而产生组织应力。

　　3.附加应力

　　工件在热处理过程中，除了能够形成热应力与组织应力外，因工件表面与中心处组织的不均匀性以及工件内部的弹性畸变不一致也能形成内应力，称之为附加应力。

　　4.残留应力

　　在热应力的作用下，由于表层开始温度低于心部，收缩也大于心部而使心部受拉，当冷却结束时，由于心部最后冷却体积收缩不能自由进行而使表层受压心部受拉。即在热应力的作用下最终使工件表层受压而心部受拉。这种现象受到冷却速度，材料成分和热处理工艺等因素的影响。当冷却速度愈快，含碳量和合金成分愈高，冷却过程中在热应力作用下产生的不均匀塑性变形愈大，最后形成的残余应力就愈大。

　　5.残余压应力对工件的影响

　　渗碳表面强化方法是提高工件的疲劳强度的主要方法。其主要原因在于一方面是由于它能有效的增加工件表面的强度和硬度，提高工件的耐磨性，另一方面是渗碳能有效的改善工件的应力分表布，在工件表面层获得较大的残余压应力，提高工件的疲劳强度。如果在渗碳后再进行等温淬火将会增加表层残余压应力，使疲劳强度得到进一步的提高。

　　其主要原因有两个：一个原因是表层高碳马氏体比容比心部低碳马氏体的比容大，淬火后表层体积膨胀大，而心部低碳马氏体体积膨胀小，制约了表层的自由膨胀，造成表层受压心部受拉的应力状态。

　　而另一个更重要的原因是高碳过冷奥氏体向马氏体转变的开始转变温度(Ms)，比心部含碳量低的过冷奥氏体向马氏体转变的开始温度(Ms)低。这就是说在淬火过程中往往是心部首先产生马氏体转变引起心部体积膨胀，并获得强化，而表面还末冷却到其对应的马氏体开始转变点(Ms)，故仍处于过冷奥氏体状态具有良好的塑性，不会对心部马氏体转变的体积膨胀起严重的压制作用。

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