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锻造锻件时内应力是怎样的?

发布时间:2020-08-12 点击数:202


       锻件厂的坯料在加热过程中,当其内应力超过它在一定温度下的强度极限时,就要产生裂纹。通常内应力有温度应力、组织应力和残余应力。


       温度应力:坯料在加热过程中,由于表层和里层温度不一致,产生温度差,因为表层金属的膨胀是不均匀的,毛坯外表层先受热而膨胀,里层金属由于后受热而要限制外表层的膨胀,于是在毛坯外表层引起压应力,而在内层引起拉应力。这种由坯料上温度不均匀而产生的应力称为温度应力,也称热应力。


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       温度应力的大小与加热速度,坯料断面上的温度差以及金属本身的性质相关。加热速度越快,材料的导热性越差,坯料断面尺寸越大,则其温度差也越大,因此产生的温度应力也越大。当被加热金属还没有足够的塑性,基本处在弹性状态时,温度应力可能超过金属在某温度下的强度极限,使金属内部产生裂纹。


       但随着温度的上升,如果金属的塑性提高了,由于局部塑性变形可使温度应力得到部分的消除,此时温度应力就不甚危险了。例如对于碳钢和一般合金结构钢,只是在550℃~650℃以前,塑性较低,处在弹性状态,快速加热是危险的。而奥氏体合金钢在600℃~900℃时,塑性会急剧降低,所以在此温度范围内应进行缓慢而均匀的加热,特别对于锻件厂大截面的坯料,更应如此。


       组织应力:具有相变的金属在加热过程中,由于发生相变还会产生组织应力,例如,钢由α铁转变为γ铁时,体积(比容)要收缩1%,表面层先相变先收缩,而里层相变就阻碍了外层的收缩,于是在外层引起拉应力,内层引起压应力。同样,珠光体变为奥氏体时,由于比容减少,在外层引起拉应力,内层引起压应力,恰好和温度应力的方向相反,使总的应力值减少,当内层温度升高而发生相变时,则塑性大为提高,这时适当加快加热温度,也不会导致裂纹的产生。因此,组织应力对坯料内部形成裂纹的影响不大。


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       残余应力:钢锭在凝固和冷却过程中,由于外层和中心冷却次序不同,各部分之间相互牵制将产生残余应力。钢锭凝固时,由于外层先冷却,中心层后冷却,因此外层为压应力,中心层为拉应力。当残余应力超过强度极限时,金属材料将产生裂纹。大钢锭加热时,对残余应力要足够重视。


       所以坯料在加热过程中,由于内应力引起的裂纹,主要是温度应力造成的,一般裂纹发生在加热低温阶段,并发生在心部。因此在500℃~650℃以下加热时,应避免加热速度过快。锻件厂在加热时,应降低装炉温度,并保温一段时间,待内外温度一致时再继续升温。



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