热处理应力及其影响
2019-03-12 11:03:26
热处理应力及其影响 热处理剩余力是指工件经热处理后终究残存下来的应力,对工件的形状,&127;尺度和功能都有极为重要的影响。当它超越材料的屈从强度时,&127;便引起工件的变形,超越材料的强度极限时就会使工件开裂,这是它有害的一面,应当削减和消除。但在必定条件下操控应力使之合理散布,就能够进步零件的机械功能和使用寿数,变有害为有利。分析钢在热处理过程中应力的散布和改变规则,使之合理散布对进步产品质量有着深远的实践意义。例如关于表层剩余压应力的合理散布对零件使用寿数的影响问题现已引起了人们的广泛注重。一、钢的热处理应力工件在加热和冷却过程中,因为表层和心部的冷却速度和时刻的不一致,构成温差，就会导致体积胀大和缩短不均而发作应力,即热应力。在热应力的效果下,因为表层开端温度低于心部,缩短也大于心部而使心部受拉,当冷却结束时，因为心部终究冷却体积缩短不能自在进行而使表层受压心部受拉。即在热应力的效果下终究使工件表层受压而心部受拉。这种现象遭到冷却速度,材料成分和热处理工艺等要素的影响。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效果下发作的不均匀塑性变形愈大,终究构成的剩余应力就愈大。另一方面钢在热处理过程中因为安排的改变即奥氏体向马氏体改变时,因比容的增大会随同工件体积的胀大,&127;工件各部位先后相变，构成体积长大不一致而发作安排应力。安排应力改变的终究成果是表层受拉应力,心部受压应力,刚好与热应力相反。安排应力的巨细与工件在马氏体相变区的冷却速度,形状，材料的化学成分等要素有关。实践证明,任何工件在热处理过程中,&127;只需有相变,热应力和安排应力都会发作。&127;只不过热应力在安排改变曾经就现已发作了，而安排应力则是在安排改变过程中发作的,在整个冷却过程中,热应力与安排应力归纳效果的成果,&127;就是工件中实践存在的应力。这两种应力归纳效果的成果是十分复杂的,受着许多要素的影响,如成分、形状、热处理工艺等。就其发展过程来说只要两种类型,即热应力和安排应力,效果方向相反时二者抵消,效果方向相一起二者彼此迭加。不管是彼此抵消仍是彼此迭加,两个应力应有一个占主导要素,热应力占主导地位时的效果成果是工件心部受拉,表面受压。&127;安排应力占主导地位时的效果成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会集的要素(包含冶金缺点在内),对淬火裂纹的发作都有促进效果,但只要在拉应力场内(&127;尤其是在最大拉应力下)才会表现出来,&127;若在压应力场内并无促裂效果。淬火冷却速度是一个能影响淬火质量并决议剩余应力的重要要素,也是一个能对淬火裂纹赋于重要乃至决议性影响的要素。为了到达淬火的意图，一般有必要加速零件在高温段内的冷却速度,并使之超越钢的临界淬火冷却速度才干得到马氏体安排。就剩余应力而论,这样做因为能添加抵消安排应力效果的热应力值,故能削减工件表面上的拉应力而到达按捺纵裂的意图。其效果将随高温冷却速度的加速而增大。并且,在能淬透的情况下,截面尺度越大的工件,尽管实践冷却速度更缓,开裂的危险性却反而愈大。这一切都是因为这类钢的热应力随尺度的增大实践冷却速度减慢,热应力减小,&127;安排应力随尺度的增大而添加,终究构成以安排应力为主的拉应力效果在工件表面的效果特色构成的。并与冷却愈慢应力愈小的传统观念截然不同。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构成纵裂。防止淬裂的牢靠原则是设法尽量减小截面表里马氏体改变的不等时性。只是施行马氏体改变区内的缓冷却不足以防备纵裂的构成。一般情况下只能发作在非淬透性件中的弧裂,虽以全体快速冷却为必要的构成条件，但是它的真实构成原因,却不在快速冷却(包含马氏体改变区内)自身,而是淬火件部分方位(由几许结构决议),在高温临界温度区内的冷却速度明显减缓,因而没有淬硬所构成的&127;。发作在大型非淬透性件中的横断和纵劈,是由以热应力为首要成份的剩余拉应力效果在淬火件中心&127;,而在淬火件末淬硬的截面中心处,首要构成裂纹并由内往外扩展而构成的。为了防止这类裂纹发作，往往使用水--油双液淬火工艺。在此工艺中施行高温段内的快速冷却,意图只是在于确保外层金属得到马氏体安排,&127;而从内应力的视点来看,这时快冷有害无益。其次,冷却后期缓冷的意图,首要不是为了下降马氏体相变的胀大速度和安排应力值,而在于尽量减小截面温差和截面中心部位金属的缩短速度,然后到达减小应力值和终究按捺淬裂的意图。三、剩余压应力对工件的影响渗碳表面强化作为进步工件的疲惫强度的办法使用得很广泛的原因。一方面是因为它能有用的添加工件表面的强度和硬度，进步工件的耐磨性，另一方面是渗碳能有用的改进工件的应力散布,在工件表面层取得较大的剩余压应力,&127;进步工件的疲惫强度。假如在渗碳后再进行等温淬火将会添加表层剩余压应力,使疲惫强度得到进一步的进步。有人对35SiMn2MoV钢渗碳后进行等温淬火与渗碳后淬火低温回火的剩余应力进行过测验其热处理工艺
剩余应力值（kg/mm2)渗碳后880-900度盐浴加热，260度等温40分钟-65
渗碳后880-900度盐浴加热淬火，260度等温90分钟-18
渗碳后880-900度盐浴加热，260度等温40分钟，260度回火90分钟-38
从表1的测验成果能够看出等温淬火比一般的淬火低温回火工艺具有更高的表面剩余压应力。等温淬火后即便进行低温回火,其表面剩余压应力，也比淬火后低温回火高。因而能够得出这样一个定论,即渗碳后等温淬火比一般的渗碳淬火低温回火取得的表面剩余压应力更高,从表面层剩余压应力对疲惫抗力的有利影响的观念来看，渗碳等温淬火工艺是进步渗碳件疲惫强度的有用办法。渗碳淬火工艺为什么能取得表层剩余压应力?渗碳等温淬火为什么能取得更大的表层剩余压应力?其首要原因有两个：一个原因是表层高碳马氏体比容比心部低碳马氏体的比容大,淬火后表层体积胀大大,而心部低碳马氏体体积胀巨细,限制了表层的自在胀大,&127;构成表层受压心部受拉的应力状况。而另一个更重要的原因是高碳过冷奥氏体向马氏体改变的开端改变温度（Ms）,比心部含碳量低的过冷奥氏体向马氏体改变的开端温度（Ms）低。这就是说在淬火过程中往往是心部首要发作马氏体改变引起心部体积胀大,并取得强化,而表面还末冷却到其对应的马氏体开端改变点（Ms）,故仍处于过冷奥氏体状况,&127;具有杰出的塑性,不会对心部马氏体改变的体积胀大起严峻的限制效果。跟着淬火冷却温度的不断下降使表层温度降到该处的（Ms）点以下,表层发作马氏体改变,引起表层体积的胀大。但心部此刻早已改变为马氏体而强化,所以心部对表层的体积胀大将会起很大的限制效果,使表层取得剩余压应力。&127;而在渗碳后进行等温淬火时，当等温温度在渗碳层的马氏体开端改变温度（Ms）以上,心部的马氏体开端改变温度（&127;Ms）点以下的恰当温度等温淬火,比接连冷却淬火更能确保这种改变的先后次序的特色(&127;即确保表层马氏体改变只是发作于等温后的冷却过程中)。&127;当然渗碳后等温淬火的等温温度和等温时刻对表层剩余应力的巨细有很大的影响。有人对35SiMn2MoV钢试样渗碳后在260℃和320℃等温40&127;分钟后的表面剩余应力进行过测验,其成果如表2。 由表2可知在260℃举动等温比在320℃等温的表面剩余应力要高出一倍多可见表面剩余应力状况对渗碳等温淬火的等温温度是很灵敏的。不只等温温度对表面剩余压应力状况有影响,并且等温时刻也有必定的影响。有人对35SiMn2V钢在310℃等温2分钟,10分钟,90分钟的剩余应力进行过测验。2分钟后剩余压应力为-20kg/mm,10分钟后为-60kg/mm,60分钟后为-80kg/mm,60分钟后再延伸等温时刻剩余应力改变不大。从上面的评论标明,渗碳层与心部马氏体改变的先后次序对表层剩余应力的巨细有重要影响。渗碳后的等温淬火对进一步进步零件的疲惫寿数具有普遍意义。此外能下降表层马氏体开端改变温度（Ms）点的表面化学热处理如渗碳、氮化、化等都为构成表层剩余压应力供给了条件,如高碳钢的氮化--淬火工艺,因为表层,&127;氮含量的进步而下降了表层马氏体开端改变点（Ms）,淬火后取得了较高的表层剩余压应力使疲惫寿数得到进步。又如化工艺往往比渗碳具有更高的疲惫强度和使用寿数,也是因氮含量的添加可取得比渗碳更高的表面剩余压应力之故。此外,&127;从取得表层剩余压应力的合理散布的观念来看,单一的表面强化工艺不简单取得抱负的表层剩余压应力散布,而复合的表面强化工艺则能够有用的改进表层剩余应力的散布。如渗碳淬火的剩余应力一般在表面压应力较低,最大压应力则出现在离表面必定深度处,并且剩余压力层较厚。氮化后的表面剩余压应力很高,但剩余压应力层很溥,往里急剧下降。假如选用渗碳--&127;氮化复合强化工艺,则可取得更合理的应力散布状况。&127;因而表面复合强化工艺,如渗碳--氮化,渗碳--&127;高频淬火等,都是值得注重的方向。依据上述评论可得出以下定论;1、热处理过程中发作的应力是不可防止的,并且往往是有害的&127;。但咱们能够操控热处理工艺尽量使应力散布合理,就可将其有害程度下降到最低极限,乃至变有害为有利。2、当热应力占主导地位时应力散布为心部受拉表面受压,当安排应力占主导地时应力散布为心部受压表面受拉。3、在高淬透性钢件中易构成纵裂,在非淬透性工件中往往构成弧裂,在大型非淬透工件中简单构成横断和纵劈。4、渗碳使表层马氏体开端改变温度（Ms）点下降,可导至淬火时马氏体改变次序倒置,心部首要发作马氏体改变然后才涉及到表面,可取得表层剩余压应力而进步抗疲惫强度。5、渗碳后进行等温淬火可确保心部马氏体改变充沛进行今后,表层安排改变才进行。&127;使工件取得比直接淬火更大的表层剩余压应力,可进一步进步渗碳件的疲惫强度。6、复合表面强化工艺可使表层剩余压应力散布更合理,可明显进步工件的疲惫强度。
铝合金应力腐蚀理论研究现状
2019-03-11 09:56:47
通过一个多世纪的研讨，关于引起 SCC 的机理学术界依然存在不合。 现在被遍及承受的机理是氢致开裂和阳极溶解机理。
1、氢致开裂
七十年代中期以来, 较多试验标明, 7×××系高强铝合金的SCC 归于氢致开裂机理。该理论以为: (1)氢通过位错搬迁到晶界, 积聚在分出相邻近,使晶界的结合强度大大下降, 弱化晶界, 构成沿晶开裂; (2) 因为氢积聚在裂纹内, 构成的压促进合金开裂; (3) 氢促进合金形变而致使开裂; (4) 构成的氢化物促进合金开裂. 现在提出的氢致开裂机理首要有如下理论:
(a) 氢压理论: 当金属中存在过饱和H时, 将在各种显微缺点处结组成H2, 室温是不行逆反应, 即H2不会再分解成H. 跟着缺点处H2浓度添加, 氢压也增大. 当氢压大于屈从强度时就会发作部分塑性变形, 使表层兴起, 构成泡。
(b) 弱键理论: 金属中的氢下降原子键结合力,当部分应力会集等于原子键结合力时原子键决裂,微裂纹形核。
(c) 氢下降表面能理论: 氢下降键合力的一起必定下降表面能, 反之亦然。氢吸附在金属裂纹内表面, 使表面能下降, 导致裂纹失稳扩展所需的临界应力下降。因为没有考虑塑性变形功, 故对金属材料不适用。
(d) 氢致开裂归纳机理: 此机理归纳考虑了氢促进部分塑性变形、氢下降原子键合力以及氢压效果。
2、 阳极溶解
阳极溶解理论[7~9]以为阳极金属的不断溶解导致SCC 裂纹的形核和扩展, 构成合金结构的开裂。铝合金SCC的阳极溶解理论的首要观念如下:
(1) 阳极通道理论: 腐蚀沿部分通道发作并发作裂纹, 拉应力垂直于通道, 在部分裂纹顶级上发作应力会集。铝合金中预先存在的阳极通道由晶界分出相与基体电位差引起, 而应力则使裂纹打开暴露出新鲜表面。在此景象下, 腐蚀沿晶界加速进行。
(2) 滑移溶解理论: 发作SCC 的铝合金表面氧化膜存在部分薄缺点, 在应力效果下合金基体内部位错会沿滑移而发作移动, 构成滑移阶梯。当滑移阶梯大、表面膜又不能随滑移阶梯的构成而发作相应变形时, 膜就会决裂并暴露出新鲜表面, 与腐蚀介质触摸, 发作快速阳极溶解。
(3) 膜决裂理论: 腐蚀介质中金属表面存在保护膜, 因为遭受应力或活性离子的效果而引起决裂, 暴露的新鲜表面与其他表面膜构成小阳极大阴极的腐蚀电池, 导致新鲜表面发作阳极溶解。
3、阳极溶解与氢致开裂一起效果
阳极溶解与氢致开裂是两个不同的概念, 单纯的阳极溶解可通过阴极保护进行防备, 而关于氢致开裂, 阴极极化往往会促进开裂。有些系统以阳极溶解为主, 有些则以氢致开裂为主。铝合金的SCC 往往一起包含这两个进程, 要截然区别这两种现象实际上是困难的。
Najjar 等[10]研讨发现7050 铝合金在3% NaCl 溶液中的SCC 是因为阳极溶解与氢致开裂一起效果的成果。开始时, 因为合金晶界处的粒子存在电位差, 发作部分阳极溶解, 构成钝化膜决裂, 构成临界缺点, 微裂纹萌发。跟着晶界部分阳极溶解的添加,还原性的H原子分散到进程区, 与微观特征结构、裂纹顶级应力和塑性应变相互效果, 构成危害。
除上述SCC机理外, 研讨者还从其它视点研讨了SCC 机理, 首要包含SCC 表面的搬迁理论、SCC的无位错区理论和裂纹成长的半经历模型。
钢丝预应力
