Тепловая обработка - это процесс, который изменяет внутреннюю структуру металлических материалов путем нагрева, удержания и охлаждения для достижения желаемых свойств.из-за неравномерных изменений температуры, структурные преобразования и ограничения внутри материала,нагрузка на тепловую обработкугенерируется, что существенно влияет на производительность материала, размерную стабильность и последующую обработку.
Напряжение на тепловой обработке относится к внутреннему напряжению, порождаемому неравномерным тепловым расширением/сокращением, несогласованными изменениями объема во время структурных преобразований и внешними ограничениями (например,формы, светильники) или внутренние ограничения (например, различия в свойствах в разных регионах) в материале.
Его сущность заключается в взаимной силе между атомами или зернами, когда затрудняется расположение атомов или макроскопические изменения объема, проявляющиеся как тенденция к эластичной или пластической деформации.
Производство нагрузки тепловой обработки связано в первую очередь с двумя основными процессами:
При нагревании или охлаждении материалов в различных частях заготовки происходит неравномерное изменение температуры (например, поверхность против ядра, тонкий против ядра).толстые стены) приводят к разной степени расширения или сокращения объема:
- Фаза нагреваПоверхность нагревается и расширяется сначала, в то время как ядро остается более холодным с более медленным расширением.нагрузка на сжатие, и ядро растягивается поверхностью, генерируянапряжение натяжения.
- Фаза охлажденияПоверхность охлаждается и сокращается сначала, в то время как ядро остается горячее с более медленным сокращением.напряжение натяжения, и ядро сжимается поверхностью, генерируянагрузка на сжатие.
Более быстрые скорости охлаждения (например, охлаждение) создают большие температурные градиенты, усиливающие тепловое напряжение.
Во время фазовых преобразований твердого состояния (например, аустенит в мартензит или перлит), различные структуры имеют различные специфические объемы (например, мартензит имеет больший специфический объем, чем аустенит).Асинхронные фазовые изменения на рабочей части создают структурные напряжения:
- Например, при охлаждении поверхность сначала превращается в аустенит→мартензит (расширение объема), в то время как ядро остается аустенитным.генерируетнагрузка на сжатиеКогда ядро впоследствии расширяется во время фазовой трансформации, поверхность, уже преобразованная и, возможно, затвердевшая, сжимает ядро, что приводит кнапряжение натяжения в ядреидополнительное напряжение на поверхности.
Большие различия в скорости и степени преобразования (например, концентрация мартенсита на поверхности во время тушения) увеличивают структурное напряжение.
- Внешние ограничения: Фиксация с помощью зажимов или контакт с формой ограничивает свободное расширение/сокращение, усугубляя напряжение.
- Внутренние ограничения: сложные структуры заготовки (например, канавки, острые углы) или неравномерный состав материала вызывают различия в свойствах между регионами, увеличивая концентрацию напряжения.
В зависимости от стадии генерации и состояния существования напряжение тепловой обработки подразделяется на три типа:
Стрессдинамически присутствуетпри нагревании, удержании или охлаждении, изменяется с температурой или фазовой трансформацией.
- тепловое напряжение от температурных градиентов во время нагрева;
- Мгновенное структурное напряжение от изменений объема во время трансформации фазы охлаждения.
Если преходящее напряжение превышает прочность материала при этой температуре, происходит пластическая деформация; превышение прочности перелома приводит к немедленному трещину (например, тушение трещин).
Стрессоставаясь на заготовкепосле охлаждения до комнатной температуры - остаточное напряжение после частичного высвобождения (например, пластической деформации) преходящего напряжения. Его распределение зависит от процессов тепловой обработки:
- Сжатые заготовки обычно имеютостаточное давление на сжатиена поверхности (из-за расширения мартенсита, ограничиваемого ядром) и возможного остаточного напряжения на тягу в ядре;
- Отжигание или закаливание уменьшает остаточные нагрузки, но неправильные процессы могут вызвать новое накопление нагрузки.
- Тепловое напряжение: напряжение от неравномерного теплового расширения/сокращения, не связанное со структурными преобразованиями (например, в чистых металлах или нетрансформируемых сплавах).
- Структурное напряжение: напряжение от изменения объема только во время фазовых преобразований, не связанное с температурными градиентами (например, напряжение фазовых преобразований при идеальной равномерной температуре).
На практике тепловое и конструктивное напряжение часто сосуществуют, образуя вместе напряжение тепловой обработки.
Нагрузки на тепловую обработку (особенно остаточные нагрузки) оказывают многочисленное влияние на производительность материала, обработку и применение, причем при регулировании оказывают как неблагоприятное, так и благотворное воздействие.
- Остатковое напряжение, превышающее прочность материала, вызываетпластическая деформация(например, изгиб, изгиб, отклонения измерений);
- Чрезмерное остаточное напряжение (особенно поверхностное напряжение натяжения) может напрямую привести ктрещины(например, "задержка трещины", если закаливание задерживается после тушения).
Пример: высокоуглеродистая сталь может треснуть вдоль границ зерна, если не закалена после охлаждения из-за поверхностного напряжения натяжения.
- Остатковое напряжение постепенно высвобождается во время последующей обработки или использования (например, резки, сварки, изменения температуры), вызываявторичная деформацияи влияющих на точные детали (например, подшипники, формы).
Пример: остаточное напряжение в высокоточных редукторах может привести к отклонениям профиля зуба после длительного использования из-за высвобождения напряжения.
- Оставшиеся натяжные нагрузки уменьшаютустойчивость к усталости(Разломы легко возникают в точках концентрации напряжения при циклической нагрузке);
- Чрезмерное внутреннее напряжение может увеличитьсяхрупкостьи уменьшить выносливость при ударе.
- Неравномерное распределение остаточных напряжений приводит к несовместимым деформациям во время резки (например, деформация тонкостенных деталей после обработки);
- Регионы концентрации стресса могут развиватьсяшлифовальные трещиныпри шлифовании или полировании.
Не все остаточные напряжения вредны; правильные процессы могут использовать их для улучшения производительности:
- Поверхностное остаточное сжатие усиливаетсяустойчивость к усталости(например, угарные и погашенные редукторы с поверхностным сжатием имеют более длительный срок службы);
- Предварительная нагрузка (например, сохранение соответствующего давления на пружины после тушения и закаливания) улучшает устойчивость к деформации.
Для смягчения неблагоприятных последствий необходимо контролировать возникновение стресса путем оптимизации процесса, а остаточный стресс устранять с помощью последующих процедур:
- Управление скоростью нагрева/охлаждения: Использовать поэтапное нагревание (медленное повышение температуры) или постепенное охлаждение (например, изотермическое охлаждение) для уменьшения температурных градиентов;
- Оптимизировать структуру заготовки: Избегайте острых углов или неравномерной толщины стенки, чтобы свести к минимуму концентрацию напряжения;
- Выберите подходящие носители: Использовать масло охлаждения (медленнее, чем вода) во время охлаждения, чтобы уменьшить тепловое напряжение;
-
Ваше сообщение должно содержать от 20 до 3000 символов!