残余压应力对工件的影响

chinarjg

渗碳表面强化作为提高工件的疲劳强度的方法应用得很广泛的原因。一方面是由于它能有效的增加工件表面的强度和硬度，提高工件的耐磨性，另一方面是渗碳能有效的改善工件的应力分布，在工件表面层获得较大的残余压应力，&127；提高工件的疲劳强度。如果在渗碳后再进行等温淬火将会增加表层残余压应力，使疲劳强度得到进一步的提高。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残余应力进行过测试其
　　结果如表1
　　热处理工艺
　　残余应力值（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
　　表1.35SiMn2MoV钢渗碳等温淬火与渗碳低温回火后的残余应力值
　　从表1的测试结果可以看出等温淬火比通常的淬火低温回火工艺具有更高的表面残余压应力。等温淬火后即使进行低温回火，其表面残余压应力，也比淬火后低温回火高。因此可以得出这样一个结论，即渗碳后等温淬火比通常的渗碳淬火低温回火获得的表面残余压应力更高，从表面层残余压应力对疲劳抗力的有利影响的观点来看，渗碳等温淬火工艺是提高渗碳件疲劳强度的有效方法。渗碳淬火工艺为什么能获得表层残余压应力？渗碳等温淬火为什么能获得更大的表层残余压应力？其主要原因有两个：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，淬火后表层体积膨胀大，而心部低碳马氏体体积膨胀小，制约了表层的自由膨胀，&127；造成表层受压心部受拉的应力状态。而另一个更重要的原因是高碳过冷奥氏体向马氏体转变的开始转变温度（Ms），比心部含碳量低的过冷奥氏体向马氏体转变的开始温度（Ms）低。这就是说在淬火过程中往往是心部首先产生马氏体转变引起心部体积膨胀，并获得强化，而表面还末冷却到其对应的马氏体开始转变点（Ms），故仍处于过冷奥氏体状态，&127；具有良好的塑性，不会对心部马氏体转变的体积膨胀起严重的压制作用。随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，表层产生马氏体转变，引起表层体积的膨胀。但心部此时早已转变为马氏体而强化，所以心部对表层的体积膨胀将会起很大的压制作用，使表层获得残余压应力。&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始转变温度（Ms）以上，心部的马氏体开始转变温度（&127；Ms）点以下的适当温度等温淬火，比连续冷却淬火更能保证这种转变的先后顺序的特点（&127；即保证表层马氏体转变仅仅产生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间对表层残余应力的大小有很大的影响。有人对35SiMn2MoV钢试样渗碳后在260℃和320℃等温40&127；分钟后的表面残余应力进行过测试，其结果如表2。由表2可知在260℃行动等温比在320℃等温的表面残余应力要高出一倍多
　　可见表面残余应力状态对渗碳等温淬火的等温温度是很敏感的。不仅等温温度对表面残余压应力状态有影响，而且等温时间也有一定的影响。有人对35SiMn2V钢在310℃等温2分钟，10分钟，90分钟的残余应力进行过测试。2分钟后残余压应力为-20kg/mm，10分钟后为-60kg/mm，60分钟后为-80kg/mm，60分钟后再延长等温时间残余应力变化不大。