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深冷处理之影响金属材料变形的因素有哪些

文章出处:www.cnsudong.com 人气:发表时间:2019-09-18 10:56

深冷处理之影响金属材料变形的因素有哪些
在工业中,金属材料起着非常重要的作用,关系到工件或者机械的质量和使用寿命。对于很多行业来说,如何改善材料或者工件的性能也是迫切需求的,尤其是变形,严重影响了工件或者机械的正常使用。为了改善材料尺寸的稳定性,可以通过深冷处理或者热处理来达到。那么,在深冷处理或者热处理中引起金属材料或者工件变形的因素有哪些呢?
金属材料变形的原因
钢的变形主要原因是钢中存在内应力或者外部施加的应力。内应力是因温度分布不均匀或者相变所致,残余应力也是原因之一。外应力引起的变形主要是由于工件自重而造成的“塌陷”,在特殊情况下也应考虑碰撞被加热的工件,或者夹持工具夹持所引起的凹陷等。变形包括弹性变形和塑性变形两种。尺寸变化主要是基于组织转变,故表现出同样的膨胀和收缩,但当工件上有孔穴或者复杂形状工件,则将导致附加的变形。如果淬火形成大量马氏体则发生膨胀,如果产生大量残余奥氏体则相应的要收缩。此外,回火时一般发生收缩,而出现二次硬化现象的合金钢则发生膨胀,如果进行深冷处理,则由于残余奥氏体的马氏体化而进一步膨胀,这些组织的比容都随着含碳量的增加而增大,故含碳量增加也使尺寸变化量增大。
深冷处理之影响金属材料变形的因素有哪些
淬火变形的主要发生时段
1.加热过程:工件在加热过程中,由于内应力逐渐释放而产生变形。
2.保温过程:以自重塌陷变形为主,即塌陷弯曲。
3.冷却过程:由于不均匀冷却和组织转变而至变形。
金属材料的加热与变形
当加热大型工件时,存在残余应力或者加热不均匀,均可产生变形。残余应力主要来源于加工过程。当存在这些应力时,由于随着温度的升高,钢的屈服强度逐渐下降,即使加热很均匀,很轻微的应力也会导致变形。一般,工件的外缘部位残余应力较高,当温度的上升从外部开始进行时,外缘部位变形较大,残余应力引起的变形包括弹性变形和塑性变形两种。
加热时产生的热应力和想变应力都是导致变形的原因。加热速度越快、工件尺寸越大、截面变化越大,则加热变形越大。热应力取决于温度的不均匀分布程度和温度梯度,它们都是导致热膨胀发生差异的原因。如果热应力高于材料的高温屈服点,则引起塑性变形,这种塑性变形就表现为“变形”。
相变应力主要源于相变的不等时性,即材料一部分发生相变,而其它部分还未发生相变时产生的。加热时材料的组织转变成奥氏体发生体积收缩时可出现塑性变形。如果材料的各部分同时发生相同的组织转变,则不产生应力。为此,缓慢加热可以适当降低加热变形,最好采用预热。
此外,由于加热中因自重而出现“塌陷”变形的情况非常多,加热温度越高,加热时间越长,“塌陷”现象越严重。
冷却与变形
冷却不均时将产生热应力导致变形发生。因工件的外缘和内部存在冷却速度差异,该热应力是不可避免的,淬火情况下,热应力与组织应力叠加,变形更为复杂。加之组织的不均匀、脱碳等,还会导致相变点出现差异,相变的膨胀量也有所不同。
总之,“变形”是相变应力和热应力共同所致,但并非全部应力都消耗在变形上,而是一部分作为残余应力存在于工件中,这种应力就是导致时效变形和时效裂纹的原因。
冷处理与变形
冷处理促进马氏体转变,温度较低,产生的变形比淬火冷却要小,但此时产生的应力较大,由于残余应力、相变应力和热应力等的叠加容易导致开裂。
回火与变形
工件在回火过程中由于内应力的均匀化、减小甚至消失,加上组织发生变化,变形趋于减小,但同时,一旦出现变形,也是很难矫正的。为了矫正这种变形,多采用加压回火或喷丸硬化等方法。
重复淬火与变形
通常情况下,一次淬火后的工件未经过中间退火而进行重复淬火,将增大变形。重复淬火引起的变形,经过重复淬火,其变形累加而趋于球状,容易产生龟裂,但形状相对稳定了,不再容易产生变形了,因此重复淬火前应增加中间退火,重复淬火次数应小于等于2次(不含首次淬火)。
残余应力与变形
加热过程中,在450℃左右,钢由弹性体转变为塑性体,因此很容易呈上升塑性变形。同时,残余应力在约高于此温度时也将因再结晶而消失。因此,快速加热时,由于工件内外部存在温度差,外部达到450℃变成了塑性区,受而内部温度较低处存在残余应力作用而发生变形,冷却后,该区域就是出现变形的地方。由于实际生产过程中,很难实现均匀、缓慢加热,淬火前进行消除应力退火是非常重要的,除了通过加热消除应力外,对于大型零件采用振动消除应力也是有效的。
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