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合金彎頭淬(cui)火應力(li)與裂紋分析

     合(he)金彎頭淬火(huo)(huo)殘(can)余力是(shi)指工(gong)件(jian)(jian)(jian)經淬火(huo)(huo)后最終殘(can)存下來的(de)(de)(de)(de)應(ying)力，對工(gong)件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)形(xing)狀，尺寸和性(xing)能(neng)都有極為重要的(de)(de)(de)(de)影響。當它超過(guo)(guo)材料的(de)(de)(de)(de)屈服(fu)強度時，便(bian)引(yin)起工(gong)件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)變形(xing)，超過(guo)(guo)材料的(de)(de)(de)(de)強度極限(xian)時就會使(shi)(shi)工(gong)件(jian)(jian)(jian)開裂(lie)，這(zhe)是(shi)它有害(hai)的(de)(de)(de)(de)一(yi)面(mian)，應(ying)當減少和消除。但(dan)在一(yi)定(ding)條件(jian)(jian)(jian)下控制(zhi)應(ying)力使(shi)(shi)之合(he)理(li)分(fen)(fen)(fen)布(bu)，就可以提(ti)高零(ling)件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)機械性(xing)能(neng)和使(shi)(shi)用壽(shou)命，變害(hai)為利(li)。分(fen)(fen)(fen)析鋼在淬火(huo)(huo)過(guo)(guo)程中應(ying)力的(de)(de)(de)(de)分(fen)(fen)(fen)布(bu)和變化規律，使(shi)(shi)之合(he)理(li)分(fen)(fen)(fen)布(bu)對提(ti)高產品質量有著深遠的(de)(de)(de)(de)實(shi)際意(yi)義。關(guan)于表層殘(can)余壓應(ying)力的(de)(de)(de)(de)合(he)理(li)分(fen)(fen)(fen)布(bu)對零(ling)件(jian)(jian)(jian)使(shi)(shi)用壽(shou)命的(de)(de)(de)(de)影響已經引(yin)起了人們的(de)(de)(de)(de)廣泛重視。

     一(yi)(yi)、 合(he)(he)金彎頭鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)淬(cui)火應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li) 工(gong)(gong)件(jian)(jian)在(zai)(zai)(zai)加(jia)熱(re)(re)和(he)(he)(he)(he)冷(leng)(leng)卻(que)過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)，由(you)于(yu)表層(ceng)和(he)(he)(he)(he)心部(bu)(bu)的(de)(de)(de)(de)冷(leng)(leng)卻(que)速度(du)和(he)(he)(he)(he)時間的(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)一(yi)(yi)致(zhi)，形成溫(wen)差(cha)，就(jiu)會(hui)(hui)導(dao)(dao)致(zhi)體(ti)積膨(peng)脹(zhang)和(he)(he)(he)(he)收縮(suo)不(bu)(bu)均而(er)產(chan)生應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)，即熱(re)(re)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)。在(zai)(zai)(zai)熱(re)(re)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)下(xia)(xia)(xia)，由(you)于(yu)表層(ceng)開(kai)始溫(wen)度(du)低于(yu)心部(bu)(bu)，收縮(suo)也大(da)于(yu)心部(bu)(bu)而(er)使(shi)心部(bu)(bu)受(shou)(shou)拉(la)(la)，當(dang)(dang)冷(leng)(leng)卻(que)結束(shu)時，由(you)于(yu)心部(bu)(bu)最(zui)后(hou)冷(leng)(leng)卻(que)體(ti)積收縮(suo)不(bu)(bu)能自由(you)進行而(er)使(shi)表層(ceng)受(shou)(shou)壓(ya)(ya)心部(bu)(bu)受(shou)(shou)拉(la)(la)。即在(zai)(zai)(zai)熱(re)(re)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)下(xia)(xia)(xia)最(zui)終使(shi)工(gong)(gong)件(jian)(jian)表層(ceng)受(shou)(shou)壓(ya)(ya)而(er)心部(bu)(bu)受(shou)(shou)拉(la)(la)。 這(zhe)種(zhong)現象受(shou)(shou)到冷(leng)(leng)卻(que)速度(du)，材料成分(fen)和(he)(he)(he)(he)工(gong)(gong)藝等(deng)(deng)因素的(de)(de)(de)(de)影響(xiang)。當(dang)(dang)冷(leng)(leng)卻(que)速度(du)愈(yu)(yu)快，含碳量和(he)(he)(he)(he)合(he)(he)金成分(fen)愈(yu)(yu)高，冷(leng)(leng)卻(que)過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)在(zai)(zai)(zai)熱(re)(re)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)作(zuo)用(yong)下(xia)(xia)(xia)產(chan)生的(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)均勻塑性變(bian)形愈(yu)(yu)大(da)，最(zui)后(hou)形成的(de)(de)(de)(de)殘余(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)就(jiu)愈(yu)(yu)大(da)。另(ling)一(yi)(yi)方(fang)面鋼(gang)在(zai)(zai)(zai)淬(cui)火過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)由(you)于(yu)組(zu)(zu)(zu)織(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)變(bian)化(hua)即奧氏體(ti)向馬(ma)氏體(ti)轉變(bian)時，比容的(de)(de)(de)(de)增大(da)會(hui)(hui)伴隨(sui)工(gong)(gong)件(jian)(jian)體(ti)積的(de)(de)(de)(de)膨(peng)脹(zhang)，工(gong)(gong)件(jian)(jian)各部(bu)(bu)位先后(hou)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)，造成體(ti)積長大(da)不(bu)(bu)一(yi)(yi)致(zhi)而(er)產(chan)生組(zu)(zu)(zu)織(zhi)(zhi)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)。組(zu)(zu)(zu)織(zhi)(zhi)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)變(bian)化(hua)的(de)(de)(de)(de)最(zui)終結果是(shi)(shi)(shi)表層(ceng)受(shou)(shou)拉(la)(la)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)，心部(bu)(bu)受(shou)(shou)壓(ya)(ya)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)，恰好(hao)與熱(re)(re)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)反。組(zu)(zu)(zu)織(zhi)(zhi)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)大(da)小(xiao)與工(gong)(gong)件(jian)(jian)在(zai)(zai)(zai)馬(ma)氏體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)區的(de)(de)(de)(de)冷(leng)(leng)卻(que)速度(du)，形狀，材料的(de)(de)(de)(de)化(hua)學成分(fen)等(deng)(deng)因素有(you)(you)關。  實踐證明(ming)，任(ren)何工(gong)(gong)件(jian)(jian)在(zai)(zai)(zai)淬(cui)火過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)，熱(re)(re)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)和(he)(he)(he)(he)組(zu)(zu)(zu)織(zhi)(zhi)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)都會(hui)(hui)發生。只不(bu)(bu)過(guo)熱(re)(re)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)在(zai)(zai)(zai)組(zu)(zu)(zu)織(zhi)(zhi)轉變(bian)以前就(jiu)已經產(chan)生了，而(er)組(zu)(zu)(zu)織(zhi)(zhi)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)則是(shi)(shi)(shi)在(zai)(zai)(zai)組(zu)(zu)(zu)織(zhi)(zhi)轉變(bian)過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)產(chan)生的(de)(de)(de)(de)，在(zai)(zai)(zai)整個冷(leng)(leng)卻(que)過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)，熱(re)(re)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)與組(zu)(zu)(zu)織(zhi)(zhi)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)綜合(he)(he)作(zuo)用(yong)的(de)(de)(de)(de)結果，就(jiu)是(shi)(shi)(shi)工(gong)(gong)件(jian)(jian)中(zhong)實際存在(zai)(zai)(zai)的(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)。這(zhe)兩種(zhong)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)綜合(he)(he)作(zuo)用(yong)的(de)(de)(de)(de)結果是(shi)(shi)(shi)十分(fen)復(fu)雜的(de)(de)(de)(de)，受(shou)(shou)著許多因素的(de)(de)(de)(de)影響(xiang)，如成分(fen)、形狀、工(gong)(gong)藝參(can)數等(deng)(deng)。就(jiu)其發展過(guo)程(cheng)(cheng)來(lai)說只有(you)(you)兩種(zhong)類型，即熱(re)(re)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)和(he)(he)(he)(he)組(zu)(zu)(zu)織(zhi)(zhi)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)，作(zuo)用(yong)方(fang)向相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)反時二者抵消，作(zuo)用(yong)方(fang)向相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)同時二者相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)互(hu)迭(die)加(jia)。不(bu)(bu)管(guan)是(shi)(shi)(shi)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)互(hu)抵消還是(shi)(shi)(shi)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)互(hu)迭(die)加(jia)，兩個應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)有(you)(you)一(yi)(yi)個占主導(dao)(dao)因素，熱(re)(re)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)占主導(dao)(dao)地位時的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)結果是(shi)(shi)(shi)工(gong)(gong)件(jian)(jian)心部(bu)(bu)受(shou)(shou)拉(la)(la)，表面受(shou)(shou)壓(ya)(ya)。組(zu)(zu)(zu)織(zhi)(zhi)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)占主導(dao)(dao)地位時的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)結果是(shi)(shi)(shi)工(gong)(gong)件(jian)(jian)心部(bu)(bu)受(shou)(shou)壓(ya)(ya)表面受(shou)(shou)拉(la)(la)。

     二(er)、 合金(jin)彎頭應(ying)力(li)對淬火裂紋的影響

    存在于淬火件不同部位上能引起應力集中的因素(包括冶金缺陷在內)，對淬火裂紋的產生都有促進作用，但只有在拉應力場內(尤其是在大拉應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)下(xia))才(cai)會表(biao)現出來，若在壓應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)場內(nei)并(bing)無促裂作用(yong)。淬(cui)(cui)火(huo)(huo)冷卻(que)速(su)度(du)是一(yi)個能(neng)影響(xiang)淬(cui)(cui)火(huo)(huo)質(zhi)量并(bing)決定(ding)殘余(yu)(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)重要因(yin)素，也(ye)是一(yi)個能(neng)對(dui)淬(cui)(cui)火(huo)(huo)裂紋賦于重要乃至決定(ding)性(xing)影響(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)因(yin)素。為了達到淬(cui)(cui)火(huo)(huo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)，通常(chang)必須(xu)加速(su)零(ling)件(jian)在高(gao)(gao)溫(wen)段內(nei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)冷卻(que)速(su)度(du)，并(bing)使(shi)之超過鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)臨(lin)界(jie)淬(cui)(cui)火(huo)(huo)冷卻(que)速(su)度(du)才(cai)能(neng)得到馬氏體組(zu)織(zhi)。 就殘余(yu)(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)而(er)(er)論，這(zhe)樣做(zuo)由(you)于能(neng)增(zeng)加抵(di)消(xiao)組(zu)織(zhi)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)作用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)值，故能(neng)減少(shao)工件(jian)表(biao)面上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)拉應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)而(er)(er)達到抑制縱(zong)裂的(de)(de)(de)(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)。其效果將(jiang)隨(sui)(sui)高(gao)(gao)溫(wen)冷卻(que)速(su)度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)加快而(er)(er)增(zeng)大。而(er)(er)且，在能(neng)淬(cui)(cui)透的(de)(de)(de)(de)(de)(de)情況下(xia)，截(jie)面尺寸越大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)工件(jian)，雖然(ran)實際冷卻(que)速(su)度(du)更(geng)緩，開(kai)裂的(de)(de)(de)(de)(de)(de)危險(xian)性(xing)卻(que)反而(er)(er)愈大。這(zhe)一(yi)切(qie)都是由(you)于這(zhe)類鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)隨(sui)(sui)尺寸的(de)(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)大實際冷卻(que)速(su)度(du)減慢(man)，熱應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)減小，組(zu)織(zhi)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)隨(sui)(sui)尺寸的(de)(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)大而(er)(er)增(zeng)加，最后形成以組(zu)織(zhi)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)為主的(de)(de)(de)(de)(de)(de)拉應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)作用(yong)在工件(jian)表(biao)面的(de)(de)(de)(de)(de)(de)作用(yong)特點造成的(de)(de)(de)(de)(de)(de)。并(bing)與冷卻(que)愈慢(man)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)愈小的(de)(de)(de)(de)(de)(de)傳(chuan)統(tong)觀念(nian)大相徑庭。對(dui)這(zhe)類鋼(gang)件(jian)而(er)(er)言，在正常(chang)條件(jian)下(xia)淬(cui)(cui)火(huo)(huo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)淬(cui)(cui)透性(xing)鋼(gang)件(jian)中只能(neng)形成縱(zong)裂。

    合(he)金彎頭避(bi)免(mian)淬(cui)(cui)(cui)裂的(de)(de)(de)原則是(shi)(shi)設法盡(jin)(jin)量減(jian)(jian)小截(jie)(jie)面內(nei)(nei)外馬氏(shi)體(ti)轉變的(de)(de)(de)不(bu)等時性(xing)(xing)。僅(jin)僅(jin)實(shi)行(xing)馬氏(shi)體(ti)轉變區內(nei)(nei)的(de)(de)(de) 緩(huan)(huan)(huan)冷(leng)卻(que)(que)不(bu)足以(yi)預防縱(zong)裂的(de)(de)(de)形(xing)成(cheng)。一般情況下只能產(chan)生在(zai)(zai)非淬(cui)(cui)(cui)透性(xing)(xing)件(jian)中的(de)(de)(de)裂紋(wen)，雖以(yi)整(zheng)體(ti)快(kuai)(kuai)速冷(leng)卻(que)(que)為(wei)必要(yao)(yao)的(de)(de)(de)形(xing)成(cheng)條件(jian)，可(ke)是(shi)(shi)它(ta)的(de)(de)(de)真(zhen)正形(xing)成(cheng)原因(yin)，卻(que)(que)不(bu)在(zai)(zai)快(kuai)(kuai)速冷(leng)卻(que)(que)(包(bao)括馬氏(shi)體(ti)轉變區內(nei)(nei))本(ben)身，而(er)(er)(er)(er)是(shi)(shi)淬(cui)(cui)(cui)火件(jian)局部(bu)位置(由幾(ji)何結(jie)構決定)，在(zai)(zai)高(gao)溫臨(lin)界(jie)溫度(du)(du)區內(nei)(nei)的(de)(de)(de)冷(leng)卻(que)(que)速度(du)(du)顯著減(jian)(jian)緩(huan)(huan)(huan)，因(yin)而(er)(er)(er)(er)沒有淬(cui)(cui)(cui)硬所致。產(chan)生在(zai)(zai)大型非淬(cui)(cui)(cui)透性(xing)(xing)件(jian)中的(de)(de)(de)橫斷和(he)縱(zong)劈(pi)，是(shi)(shi)由以(yi)熱應(ying)力為(wei)主(zhu)要(yao)(yao)成(cheng)份(fen)的(de)(de)(de)殘余拉應(ying)力作用在(zai)(zai)淬(cui)(cui)(cui)火件(jian)中心，而(er)(er)(er)(er)在(zai)(zai)淬(cui)(cui)(cui)火件(jian)末(mo)淬(cui)(cui)(cui)硬的(de)(de)(de)截(jie)(jie)面中心處，首先(xian)形(xing)成(cheng)裂紋(wen)并(bing)內(nei)(nei)往(wang)外擴展而(er)(er)(er)(er)造成(cheng)的(de)(de)(de)。 為(wei)了(le)避(bi)免(mian)這(zhe)類裂紋(wen)產(chan)生，往(wang)往(wang)使用水--油雙液淬(cui)(cui)(cui)火工藝。在(zai)(zai)此(ci)工藝中實(shi)施高(gao)溫段內(nei)(nei)的(de)(de)(de)快(kuai)(kuai)速冷(leng)卻(que)(que)，目的(de)(de)(de)僅(jin)僅(jin)在(zai)(zai)于(yu)確保(bao)外層金屬得到(dao)馬氏(shi)體(ti)組(zu)織；而(er)(er)(er)(er)從內(nei)(nei)應(ying)力的(de)(de)(de)角度(du)(du)來看，這(zhe)時快(kuai)(kuai)冷(leng)有害無益。其次(ci)，冷(leng)卻(que)(que)后(hou)期緩(huan)(huan)(huan)冷(leng)的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)，主(zhu)要(yao)(yao)不(bu)是(shi)(shi)為(wei)了(le)降低(di)馬氏(shi)體(ti)相變的(de)(de)(de)膨脹速度(du)(du)和(he)組(zu)織應(ying)力值(zhi)，而(er)(er)(er)(er)在(zai)(zai)于(yu)盡(jin)(jin)量減(jian)(jian)小截(jie)(jie)面溫差和(he)截(jie)(jie)面中心部(bu)位金屬的(de)(de)(de)收縮速度(du)(du)，從而(er)(er)(er)(er)達(da)到(dao)減(jian)(jian)小應(ying)力值(zhi)和(he)最終抑制淬(cui)(cui)(cui)裂的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)。