关于表面裂纹产生的应力

初出茅庐

请问各位大狭...一般钢在加热和冷却产生表面的裂纹是什么应力造成的.  一般高碳和高合金钢是否在加热和冷却过程中都容易产生.?

LZJDGS

参看：
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[ 本帖最后由 stigershu 于 2008-8-9 21:46 编辑 ]

小雨点

热应力跟组织应力，加热会产生裂纹吗？

stigershu

对于加热阶段，大件产品若未进行预热或加热速度过快，其热应力会引起产品开裂。

３０CrMnSiA

一般来说应力主要是热应力和相变应力 当应力数值超过超过钢的屈服强度时就会引起刚件变形  超过抗拉强度时 就会产生裂纹

初出茅庐

请问 那高合金钢和合金含量多的钢在加热过程中开裂的原因就是  因为合金元素加热 使钢的导热性变差 如果加热温度过高 使钢开始热应力导致开裂的吧？

横笛吹雨

由于高合金钢导热性能差，所以加热时的速度不能太快，要根据具体钢种采用分段预热方式加热，逐步加热到高温。加热时开裂是因为加热速度快，而不是因为加热温度高。

初出茅庐

呵呵，谢谢老师。

意思就是高合金钢导热性差。加热速度过快，就容易产生裂纹

    钢在冷却时产生的裂纹就是应力和组织应力过大产生的
具体讲下钢在加热和冷却时,产生热应力和组织应力的过程如何?

[ 本帖最后由 stigershu 于 2008-8-15 00:44 编辑 ]

横笛吹雨

1、热应力：是由于加热（或冷却）过程中工件的表面和中心（或厚处与薄处）存在温差导致体积膨胀和收缩不均匀而产生的内应力。如加热时，一开始表面温度高于心部，表面膨胀受到心部的阻碍，从而表面呈压应力，心部则呈拉应力状态；继续加热，表面不再膨胀了但心部又膨胀但受到表层的阻碍，这时表面呈拉应力而心部呈压应力状态。所以对于导热性差的钢材如果加热速度太快，表里温差太大，很可能因后期表层拉应力太大而开裂。在冷却时，热应力变化情况与上述过程相反，最后表层呈压应力心部呈拉应力状态。
2、组织应力：以淬火冷却为例，由于奥氏体的比容小于马氏体的比容，淬冷时奥氏体向马氏体转变必然引起体积的膨胀。同样的道理，在淬火冷却时，工件的表里存在温差导致组织转变造成的膨胀不均匀而产生组织应力。开始表面比心部冷得快，先变成马氏体而发生膨胀但受到心部阻碍，因而表层呈压应力心部呈拉应力状态，继续冷却表层已完成转变心部才发生组织转变而膨胀但又受到表层的阻碍，最后表层呈拉应力而心部呈压应力状态。
    总之，热应力和组织应力都是因为表里存在温差而发生不同的涨缩而产生的。

[ 本帖最后由 stigershu 于 2008-8-16 23:15 编辑 ]

初出茅庐

呵呵  我在实践过程中主要没遇到过这类情况 呵呵 经常看书头都看大了 ！ 也有点糊涂 所以老爱问，谢谢老师蛤！
对了 老师 热应力在加热过程和冷却过程都会产生,那组织应力呢?是否只会在冷却是产生!一般退火下来或正火下来的组织应力都不会产生吧?  我想应该产生M才会有组织应力

[ 本帖最后由 stigershu 于 2008-8-16 23:16 编辑 ]

CEWY

一般高碳和高合金钢在加热过程中都是需要缓慢加热,需要予热或者采用阶梯加热.

rjlyjh

裂纹是组织应力和热应力综合作用引起的。

初出茅庐

那在加热过程中是否会产生组织应力呢？

琦琦开心

原子应力，组枳应力及热应力三种造成

hst2009

应该主要是加热速度过快表面和心部温差过大引起的。

好好学学

应力在每一件金属工件中都存在只不过根据金属工件的形状，截面的大小，热处理工艺，和轧制工艺的不同而使金属工件存在不同的应力。
                                              热应力的影响

        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，变害为利。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。

    一、钢的热处理应力

    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。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。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。组织应力变化的最终结果是表层受拉应力，心部受压应力，恰好与热应力相反。组织应力的大小与工件在马氏体相变区的冷却速度，形状，材料的化学成分等因素有关。

    实践证明，任何工件在热处理过程中，只要有相变，热应力和组织应力都会发生。只不过热应力在组织转变以前就已经产生了，而组织应力则是在组织转变过程中产生的，在整个冷却过程中，热应力与组织应力综合作用的结果，就是工件中实际存在的应力。

    这两种应力综合作用的结果是十分复杂的，受着许多因素的影响，如成分、形状、热处理工艺等。就其发展过程来说只有两种类型，即热应力和组织应力，作用方向相反时二者抵消，作用方向相同时二者相互迭加。不管是相互抵消还是相互迭加，两个应力应有一个占主导因素，热应力占主导地位时的作用结果是工件心部受拉，表面受压。组织应力占主导地位时的作用结果是工件心部受压表面受拉。

    二、热处理应力对淬火裂纹的影响

    存在于淬火件不同部位上能引起应力集中的因素(包括冶金缺陷在内)，对淬火裂纹的产生都有促进作用，但只有在拉应力场内(尤其是在最大拉应力下)才会表现出来，若在压应力场内并无促裂作用。

    淬火冷却速度是一个能影响淬火质量并决定残余应力的重要因素，也是一个能对淬火裂纹赋于重要乃至决定性影响的因素。为了达到淬火的目的，通常必须加速零件在高温段内的冷却速度，并使之超过钢的临界淬火冷却速度才能得到马氏体组织。

    就残余应力而论，这样做由于能增加抵消组织应力作用的热应力值，故能减少工件表面上的拉应力而达到抑制纵裂的目的。其效果将随高温冷却速度的加快而增大。而且，在能淬透的情况下，截面尺寸越大的工件，虽然实际冷却速度更缓，开裂的危险性却反而愈大。这一切都是由于这类钢的热应力随尺寸的增大实际冷却速度减慢，热应力减小，组织应力随尺寸的增大而增加，最后形成以组织应力为主的拉应力作用在工件表面的作用特点造成的。并与冷却愈慢应力愈小的传统观念大相径庭。对这类钢件而言，在正常条件下淬火的高淬透性钢件中只能形成纵裂。

    避免淬裂的可有原则是设法尽量减小截面内外马氏体转变的不等时性。仅仅实行马氏体转变区内的缓冷却不足以预防纵裂的形成。一般情况下只能产生在非淬透性件中的弧裂，虽以整体快速冷却为必要的形成条件，可是它的真正形成原因，却不在快速冷却(包括马氏体转变区内)本身，而是淬火件局部位置(由几何结构决定)，在高温临界温度区内的冷却速度显著减缓，因而没有淬硬所致。产生在大型非淬透性件中的横断和纵劈，是由以热应力为主要成份的残余拉应力作用在淬火件中心，而在淬火件末淬硬的截面中心处，首先形成裂纹并由内往外扩展而造成的。

    为了避免这类裂纹产生，往往使用水--油双液淬火工艺。在此工艺中实施高温段内的快速冷却，目的仅仅在于确保外层金属得到马氏体组织；而从内应力的角度来看，这时快冷有害无益。其次，冷却后期缓冷的目的，主要不是为了降低马氏体相变的膨胀速度和组织应力值，而在于尽量减小截面温差和截面中心部位金属的收缩速度，从而达到减小应力值和最终抑制淬裂的目的。

[ 本帖最后由 好好学学 于 2008-8-30 16:40 编辑 ]

peipei0687

补充一点，裂纹的产生主要是由于张应力！所以控制好张应力的大小即可

anamy_900

一般来说是组织应力造成的。组织应力和热应力综合的结果。如果热大于组织应力，那不会发生裂纹，而组织应力大于热应力，一定会发生裂纹。

横笛吹雨

有残余应力不一定开裂，关键看应力大小是否超过钢的强度极限。