s136模具鋼表面淬火工件的殘余應(yīng)力

工程上常用的表面淬火方法主要有高頻淬火和火焰淬火兩種，經(jīng)這兩種方法淬火的工件具有相似的殘余應(yīng)力分布。根據(jù)圓柱體鋼樣高頻淬火時殘余應(yīng)力形成機理以及感應(yīng)加熱終了后的狀態(tài)，例如鋼的原始組織為珠光體，則一方面表層轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體時體積要收縮，另一方面溫度升高表層體積要膨脹，不論是膨脹還是收縮，由于受到未被加熱的心部的牽制，都會導(dǎo)致表層的塑性變形使本該產(chǎn)生的應(yīng)力得到松弛。根據(jù)冷卻終了后的狀態(tài)，此時心部仍然沒有任何變化，但加熱后受到急冷的表層卻因馬氏體相變而發(fā)生膨脹（或收縮）那樣，也受到心部的牽制，如果假想表層和心部可以分離，那么在兩者之間一定會形成間隙。但是，表層和心部實際上是不能分離的，結(jié)果是本來要膨脹的淬過火的表層因受到來自內(nèi)側(cè)的牽制而產(chǎn)生壓應(yīng)力，心部則形成拉應(yīng)力。

 

高頻淬火的殘余應(yīng)力的大小和分布與淬火層的深度和硬度分布、工件尺寸、加熱和冷卻規(guī)范等許多因素有關(guān)。淬火層深度對殘余壓應(yīng)力的分布有顯著影響，隨淬火硬化層深度的增大，表層殘余壓應(yīng)力增大，淬火層下最大的拉應(yīng)力峰向中心移動；但當淬火層深度超過一定值后，表層的殘余壓應(yīng)力又隨淬火層深度的增加而降低。對于中小尺寸的鋼件，當淬火層總深度為工件半徑的10%～20%時，其殘余應(yīng)力的分布最為有利。對于大型零件來說，該比例可能要小些，但一般只要淬火層總深度不超過鋼的淬透性時，就能得到有利的殘余應(yīng)力分布。

 

淬火層深度有相同時，表層的殘余壓應(yīng)力隨著工件尺寸的增大而增大，而未淬火的心部拉應(yīng)力則降低。沿淬火層深度上的硬度分布太陡和太緩，對殘余應(yīng)力的分布均有不利的影響，硬度分布太陡，拉應(yīng)力的最大值向表面趨近，雖然表面具有益的壓應(yīng)力，但對強化零件的安全作用卻減小，因為破壞往往起始于淬火層下的最大的拉應(yīng)力處。硬度分布過緩，雖然危險的拉應(yīng)力值較小，并向心部移動；但是，有益的表面壓應(yīng)力卻也隨之降低了。因此，一般認為高頻淬火過渡區(qū)的寬度宜為淬火層深度的20%～30%。

 

在局部表面加熱淬火時，淬火區(qū)內(nèi)殘余應(yīng)力沿層深的分布符合通常感應(yīng)加熱淬火殘余應(yīng)力的分布規(guī)律，表面為殘余壓應(yīng)力，殘余壓應(yīng)力層的深度淬火硬化層的深度相當。在淬火區(qū)與未淬火區(qū)的交界處附近，表面的殘余壓應(yīng)力減小，壓應(yīng)力層的深度變薄，甚至表面形成殘余拉應(yīng)力。例：Cr12型馬氏體不銹鋼板狀試樣，經(jīng)局部高頻淬火后，殘余內(nèi)應(yīng)力的分布情況，可以看出，距淬火區(qū)外3㎜處（測點3），表面殘余應(yīng)力已接近衰減為零，只有約－20MPa，層下僅4μm處，即轉(zhuǎn)化為殘余拉應(yīng)力，沿層深主要呈拉應(yīng)力型分布。該區(qū)的存在降低了鋼件的疲勞強度和應(yīng)力腐蝕抗力，應(yīng)給予充分重視。