Lo stress e i suoi effetti

I. Definizione e natura dello stress di trattamento termico

II. Cause dello stress causato dal trattamento termico

1Espansione e contrazione termica irregolari (Fonte di stress termico)

• Fase di riscaldamentoLa superficie si riscalda e si espande prima, mentre il nucleo rimane più freddo con un'espansione più lenta.tensione di compressione, e il nucleo è allungato dalla superficie, generandotensione di trazione.
• Fase di raffreddamentoLa superficie si raffredda e si contrae prima, mentre il nucleo rimane più caldo con una contrazione più lenta.tensione di trazione, e il nucleo viene compresso dalla superficie, generandotensione di compressione.
  I tassi di raffreddamento più rapidi (ad esempio, il raffreddamento) creano gradienti di temperatura più elevati, intensificando lo stress termico.

2. Variazioni di volume non coordinate nelle trasformazioni strutturali (Fonte di stress strutturale)

• Ad esempio, durante l'affioramento, la superficie subisce prima la trasformazione austenite→martensite (espansione di volume), mentre il nucleo rimane austenitico.generatoretensione di compressioneQuando il nucleo si espande successivamente durante la trasformazione di fase, la superficie, già trasformata e eventualmente indurita, restringe il nucleo, portando atensione di trazione nel nucleo- etensione di trazione aggiuntiva nella superficie.
  Le differenze maggiori di velocità e di estensione della trasformazione (ad esempio, formazione concentrata di martensite sulla superficie durante l'estinguimento) aumentano lo stress strutturale.

3. Influenza di vincoli esterni e interni

• Restrizioni esterne: Il fissaggio mediante pinze o il contatto con gli stampi limita la libera espansione/contrazione, aggravando lo stress.
• Restrizioni interne: strutture complesse del pezzo da lavoro (per esempio, scanalature, angoli taglienti) o composizione materiale irregolare causano differenze di proprietà tra le regioni, amplificando la concentrazione di sollecitazione.

III. Classificazione dello stress di trattamento termico

1. Stress transitorio

• Lo stress termico da gradienti di temperatura durante il riscaldamento;
• Lo stress strutturale istantaneo da variazioni di volume durante le trasformazioni di fase di raffreddamento.
  Se lo stress transitorio supera la resistenza di resa del materiale a tale temperatura, si verifica una deformazione plastica; il superamento della resistenza alla frattura porta a crepe immediate (ad esempio, crepe di spegnimento).

2. Stress residuo

• I pezzi di lavoro estinti hanno in generetensione di compressione residuanella superficie (a causa dell'espansione della martensite frenata dal nucleo) e possibili sollecitazioni di trazione residue nel nucleo;
• La ricottura o la temperatura riducono lo stress residuo, ma processi impropri possono causare un nuovo accumulo di stress.

3. Sottoscrizione in base alla natura dello stress

• Stressa termica: Lo stress derivante esclusivamente dall'espansione/contrazione termica irregolare, indipendente dalla trasformazione strutturale (ad esempio, nei metalli puri o nelle leghe non trasformanti).
• Stresso strutturale: Lo stress derivante da variazioni di volume solo durante le trasformazioni di fase, non correlato ai gradienti di temperatura (ad esempio, lo stress di trasformazione di fase a temperatura uniforme ideale).
  In pratica, lo stress termico e quello strutturale spesso coesistono, formando insieme lo stress di trattamento termico.

IV. Principali effetti dello stress causato dal trattamento termico

1Effetti avversi

(1) Deformazione o crepa

• Lo stress residuo che supera la resistenza del materialedeformazione plastica(ad esempio, piegatura, deformazione, deviazioni dimensionali);
• L'eccessiva tensione residua (in particolare tensione di trazione superficiale) può portare direttamente acrepa(ad esempio, "cracking ritardato" se la temperazione è ritardata dopo l'estinguimento).
  Esempio: l'acciaio ad alto tenore di carbonio può crepare lungo i confini del grano se non viene temperato dopo l'estinguimento a causa dello stress di trazione superficiale.

(2) Stabilità dimensionale ridotta

• Lo stress residuo si rilascia gradualmente durante la successiva lavorazione o utilizzazione (ad es. taglio, saldatura, variazioni di temperatura), causandodeformazione secondariae che influenzano le parti di precisione (ad esempio cuscinetti, stampi).
  Esempio: lo stress residuo non sollevato negli ingranaggi di precisione può causare deviazioni del profilo dentale dopo un uso prolungato a causa del rilascio di stress.

(3) Proprietà meccaniche deteriorate

• Riduce lo stress di trazione residuoresistenza alla stanchezza(le crepe si attivano facilmente nei punti di concentrazione delle sollecitazioni sotto carico ciclico);
• L' eccesso di stress interno può aumentarefragilitàe ridurre la resistenza all'impatto.

(4) Interferenza con il trattamento successivo

• Distribuzione irregolare delle sollecitazioni residue provoca deformazioni incoerenti durante il taglio (ad esempio, deformazione di parti a parete sottile dopo l'usinatura);
• Le regioni di concentrazione di stress possono svilupparsiFessure di macinaturadurante la macinatura o la lucidatura.

2- Effetti benefici (attraverso regolamento)

• Lo stress di compressione residua di superficie aumentaresistenza alla stanchezza(ad esempio, gli ingranaggi carburizzati e spenti con sollecitazione di compressione superficiale hanno una durata di vita più lunga);
• La pretensione (per esempio, mantenere una pressione di compressione adeguata nelle molle dopo l'astensione e il temperaggio) migliora la resistenza alla deformazione.

V. Controllo ed eliminazione dello stress da trattamento termico

1. Ottimizzazione dei processi (riduzione della generazione di stress)

• Regolare i tassi di riscaldamento/raffreddamento: utilizzare il riscaldamento graduale (aumento lento della temperatura) o il raffreddamento graduale (ad esempio, raffreddamento isotermico) per ridurre i gradienti di temperatura;
• Ottimizzare la struttura del pezzo: evitare angoli taglienti o spessore della parete irregolare per ridurre al minimo la concentrazione di stress;
• Selezionare il supporto appropriato: utilizzare un raffreddamento ad olio (più lento dell'acqua) durante l'estinguimento per ridurre lo stress termico;