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收藏Q345c钢板渗碳淬火产生的残余应力
  一.Q345c钢板残余应力的产生过程

  渗碳件淬火与未经渗碳的表面淬火时产生的残余应力不同,它要受到渗碳深度、渗层碳浓度梯度、试样直径及冷却方式的影响。

  渗碳钢在渗碳后急冷过程中,在不同时刻试样中的温度分布,以及渗碳层截面各处的Ms点。由于愈接近表面,含碳量越高,而Ms点则愈低。因此,从温度分布与Ms曲线的相交状况看,可知相变的发生是从试样内开始的,然后向表面扩展。

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  应力形成过程。曲线0为试样内相变开始前的热应力状态。曲线1是初始区Ⅰ达到Ms点,仅这部分发生相变膨胀,造成的应力状态,初始区域的压应力增加。曲线2是相变扩展到区域Ⅱ时的应力状态,该区两端分别达到Ms点,中央的初始区,继续冷却到Mf点,并发生相变。随着体积膨胀而形成了大的压应力。

  相变向内、外扩展,得应力曲线3。当初始相变部分终止转变而成为马氏体组织时具有了较大刚性,即与此高硬壁相接触的内侧和外侧,因其自身相变造成体积膨胀而受压应力,而Ⅰ区则受拉应力,这种倾向一直维持到区域Ⅳ,最终残余应力状态如曲线4。在实际中此应力要受到各种条件的影响,应力变化是复杂的。

  试样成分:0.2% C,0.5% Cr,0.5% Ni,0.2% M。

  试样尺寸:41mm×41mm×13mm

  淬火介质:50℃油

  Ⅰ-初始相变区;Ⅱ、Ⅲ-中间状态;Ⅳ-最终状态

  二.Q345c钢板渗碳深度的影响

  低碳钢圆柱试样用气体渗碳法,渗入到各种深度并在油中淬火的热处理应力。可见,渗碳层深度增加时,由于渗碳层的压应力和心部的拉应力相平衡,以及心部急冷热应力的减弱,因而使渗碳层的压应力变小。当渗碳层深度较厚时,由表面向内的Ms曲线梯度变得平缓,这时相变不仅是从内部开始,也可能从各部分同时进行,这时残余应力将变得复杂。

  3.试样直径的影响

  低碳钢各种直径的圆柱试样,气体渗碳到一定深度,油中淬火低温回火,测得的热处理应力。可见,直径增加时,渗碳层的压应力变大,跟渗碳层深度变小时的倾向一样。

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  4.钢种的影响

  钢种不同,材料的高温屈服强度必然不同,因此相变进行过程中所产生的应力状态也就不同。低碳钢渗碳和中碳钢渗碳,热处理后应力状态不同,中碳钢的渗碳层压应力较小,这是由于中碳钢的渗层组织和心部质量体积差、心部的热应力影响小的缘故。对于合金钢来说,表层的压应力也较小,这是由于Q345c钢板、合金钢基体也将转变成低碳马氏体,从而减轻表层的受压状态。

  如上所述,渗碳淬火的应力分布中难以出现拉应力极大值,表面附近的压应力也大。另外,渗碳深度小,压缩范围狭窄。同高频淬火相比,硬化层强度高,但压应力作用较狭窄。渗碳深度过大时,含碳高的渗层中将出现较强的相变应力,从而减小表面压应力,一旦表面变成受压,就将产生纵向淬火裂纹。尤其是中碳钢渗碳体要注意这种危险。

  碳氮共渗具有跟渗碳淬火相似的表面压应力。若渗层内残留奥氏体量过多会降低压应力。若表层出现非马氏体的黑色组织,表层还会出现残余拉应力。

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