عملیات حرارتی فرآیندی است که ساختار داخلی مواد فلزی را از طریق گرمایش ، نگهداری و خنک کننده برای دستیابی به خواص مورد نظر تغییر می دهد. در طی این فرآیند ، به دلیل تغییرات دما ناهموار ، تحولات ساختاری و محدودیت های موجود در مواد ،استرس عملیات حرارتیتولید می شود ، که به طور قابل توجهی بر عملکرد مواد ، ثبات بعدی و پردازش بعدی تأثیر می گذارد.
استرس عملیات حرارتی به استرس داخلی ناشی از انبساط/انقباض حرارتی ناهموار ، تغییر حجم بدون هماهنگی در طی تحولات ساختاری و محدودیت های خارجی (به عنوان مثال ، قالب ، وسایل) یا محدودیت های داخلی (به عنوان مثال تفاوت های خاصیت در مناطق مختلف) در مواد اشاره دارد.
جوهر آن نیروی متقابل بین اتمها یا دانه ها است که ترتیب اتمی یا تغییرات حجم ماکروسکوپی مانع می شود و به عنوان تمایل به تغییر شکل الاستیک یا پلاستیک آشکار می شود.
تولید استرس عملیات حرارتی در درجه اول مربوط به دو فرآیند اصلی است:
هنگامی که مواد گرم یا خنک می شوند ، تغییر درجه حرارت ناهموار در قسمت های مختلف قطعه (به عنوان مثال ، سطح در مقابل هسته ، نازک در مقابل دیوارهای ضخیم) منجر به درجات مختلف انبساط حجم یا انقباض می شود:
- مرحله گرمایشی: سطح ابتدا گرم می شود و گسترش می یابد ، در حالی که هسته با گسترش کندتر خنک تر می ماند. سطح توسط هسته محدود می شود و تولید می شوداسترس فشاری، و هسته توسط سطح کشیده می شود و تولید می شوداسترس کششیبشر
- مرحله خنک کننده: سطح ابتدا خنک و منقبض می شود ، در حالی که هسته با انقباض کندتر داغ تر است. سطح توسط هسته محدود می شود و تولید می شوداسترس کششی، و هسته توسط سطح فشرده می شود و تولید می شوداسترس فشاریبشر
سرعت خنک کننده سریعتر (به عنوان مثال ، خاموش کردن) شیب دما بزرگتر ایجاد می کند و استرس حرارتی را تشدید می کند.
در طی تحولات فاز حالت جامد (به عنوان مثال ، آستنیت به مارتنزیت یا مروارید) ، ساختارهای مختلف حجم خاصی دارند (به عنوان مثال ، مارتنزیت حجم خاص بیشتری نسبت به آستنیت دارد). تغییرات مرحله ناهمزمان در سراسر قطعه کار استرس ساختاری ایجاد می کند:
- به عنوان مثال ، در حین خاموش شدن ، سطح ابتدا تحت تحول آستنیت → مارتنزیت (گسترش حجم) قرار می گیرد ، در حالی که هسته همچنان آستنیتی است. گسترش سطح توسط هسته محدود می شود و تولید می شوداسترس فشاریبشر هنگامی که هسته بعداً در طول تحول فاز گسترش می یابد ، سطح - که قبلاً دگرگون شده و احتمالاً سخت شده است - هسته را می سازد و منجر بهاسترس کششی در هستهوتاسترس کششی اضافی در سطحبشر
اختلافات بزرگتر در میزان تحول و میزان (به عنوان مثال ، تشکیل مارتنزیت متمرکز بر روی سطح در هنگام خاموش شدن) استرس ساختاری را افزایش می دهد.
- محدودیت های خارجی: تثبیت توسط گیره ها یا تماس با قالب ، گسترش/انقباض رایگان را محدود می کند و استرس را تشدید می کند.
- محدودیت های داخلی: ساختارهای پیچیده کار (به عنوان مثال ، شیارها ، گوشه های تیز) یا ترکیب مواد ناهموار باعث تفاوت خاصیت بین مناطق ، تقویت غلظت استرس می شوند.
بر اساس مرحله تولید و حالت وجود ، استرس عملیات حرارتی به سه نوع طبقه بندی می شود:
استرسپویا موجوددر حین گرمایش ، نگهداری یا خنک کننده ، با تغییر دما یا فاز تغییر می کند. مثالها شامل:
- استرس حرارتی از شیب دما در هنگام گرمایش ؛
- استرس ساختاری فوری از تغییرات حجم در هنگام تحول در مرحله خنک کننده.
اگر استرس گذرا از قدرت عملکرد مواد در آن دما فراتر رود ، تغییر شکل پلاستیک رخ می دهد. بیش از قدرت شکستگی منجر به ترک خوردگی فوری می شود (به عنوان مثال ، ترک های خاموش).
استرسباقی مانده در قطعه کارپس از خنک شدن به دمای اتاق ، استرس باقیمانده پس از انتشار جزئی (به عنوان مثال ، تغییر شکل پلاستیک) استرس گذرا. توزیع آن به فرآیندهای عملیات حرارتی بستگی دارد:
- قطعه های خاموش به طور معمول دارایاسترس فشاری باقیماندهدر سطح (به دلیل گسترش مارتنزیت محدود به هسته) و استرس کششی باقیمانده در هسته.
- بازپخت یا دما باعث کاهش استرس باقیمانده می شود ، اما فرآیندهای نادرست ممکن است باعث تجمع استرس جدید شود.
- استرس حرارتی: استرس ناشی از انبساط/انقباض حرارتی ناهموار به تنهایی ، غیر مرتبط با تحول ساختاری (به عنوان مثال ، در فلزات خالص یا آلیاژهای غیر سازنده).
- استرس ساختاری: استرس ناشی از تغییرات حجم در طول تحولات فاز به تنهایی ، غیر مرتبط با شیب دما (به عنوان مثال ، استرس تبدیل فاز تحت دمای یکنواخت ایده آل).
در عمل ، استرس حرارتی و ساختاری غالباً همزیستی است و به طور جمعی استرس عملیات حرارتی را تشکیل می دهد.
استرس عملیات حرارتی (به ویژه استرس باقیمانده) تأثیرات متعددی بر عملکرد ، پردازش و کاربرد مواد دارد که هر دو اثر جانبی و مفید در هنگام تنظیم دارند.
- استرس باقیمانده بیش از قدرت عملکرد موادتغییر شکل پلاستیکی(به عنوان مثال ، خم ، پیچ و تاب ، انحراف ابعادی) ؛
- استرس بیش از حد باقیمانده (به ویژه استرس کششی سطح) ممکن است به طور مستقیم منجر شودترک(به عنوان مثال ، "ترک خوردگی" در صورت تأخیر پس از خاموش شدن ، تأخیر می کند).
مثال: فولاد کربن بالا ممکن است در صورت عدم تحرک پس از خاموش شدن به دلیل استرس کششی سطح ، در امتداد مرزهای دانه شکسته شود.
- استرس باقیمانده به تدریج در طول پردازش یا استفاده بعدی (به عنوان مثال ، برش ، جوشکاری ، تغییر دما) آزاد می شود و باعث می شودتغییر شکل ثانویهو بر قطعات دقیق (به عنوان مثال ، یاتاقان ها ، قالب ها) تأثیر می گذارد.
مثال: استرس باقیمانده بی امان در چرخ دنده های دقیق ممکن است باعث انحراف مشخصات دندان پس از استفاده طولانی مدت به دلیل انتشار استرس شود.
- استرس کششی باقیمانده کاهش می یابدقدرت خستگی(ترک ها به راحتی در نقاط غلظت استرس تحت بارگذاری چرخه ای آغاز می شوند).
- استرس داخلی بیش از حد ممکن است افزایش یابدشجاعتو کاهش سختی ضربه.
- توزیع استرس باقیمانده ناهموار باعث تغییر شکل متناقض در حین برش می شود (به عنوان مثال ، پیچیدن قطعات نازک پس از ماشینکاری).
- مناطق غلظت استرس ممکن است ایجاد شودترکدر حین سنگ زنی یا صیقل دادن.
همه استرس باقیمانده منفی نیست. فرآیندهای مناسب می توانند از آن برای بهبود عملکرد استفاده کنند:
- استرس فشاری باقیمانده سطح افزایش می یابدقدرت خستگی(به عنوان مثال ، چرخ دنده های کاربور شده و خاموش با استرس فشاری سطح عمر خدمات طولانی تری دارند).
- پیش فرض (به عنوان مثال ، حفظ استرس فشاری مناسب در چشمه ها پس از خاموش شدن و خلوص) مقاومت تغییر شکل را بهبود می بخشد.
برای کاهش عوارض جانبی ، تولید استرس باید از طریق بهینه سازی فرآیند کنترل شود و استرس باقیمانده از طریق درمان های بعدی از بین برود:
پیام شما باید بین 20 تا 3000 کاراکتر باشد!