鍛件坯料在加熱過程中的內(nèi)應(yīng)力
坯料在加熱過程中，當(dāng)其內(nèi)應(yīng)力超過它在一定溫度下的強(qiáng)度極限時，就要產(chǎn)生裂紋。通常內(nèi)應(yīng)力有溫度應(yīng)力、組織應(yīng)力和殘余應(yīng)力。
1.溫度應(yīng)力
坯料在加熱過程中，由于表層和里層溫度不一致，產(chǎn)生溫度差，因為表層金屬的膨脹是不均勻的，毛坯外表層先受熱而膨脹，里層金屬由于后受熱而要限制外表層的膨脹，于是在毛坯外表層引起壓應(yīng)力，而在內(nèi)層引起拉應(yīng)力。這種由坯料上溫度不均勻而產(chǎn)生的應(yīng)力稱為溫度應(yīng)力，也稱熱應(yīng)力。
溫度應(yīng)力的大小與加熱速度，坯料斷面上的溫度差以及金屬本身的性質(zhì)相關(guān)。加熱速度越快，材料的導(dǎo)熱性越差，坯料斷面尺寸越大，則其溫度差也越大，因此產(chǎn)生的溫度應(yīng)力也越大。當(dāng)被加熱金屬還沒有足夠的塑性，基本處在彈性狀態(tài)時，溫度應(yīng)力可能超過金屬在某溫度下的強(qiáng)度極限，使金屬內(nèi)部產(chǎn)生裂紋。但隨著溫度的上升，如果金屬的塑性提高了，由于局部塑性變形可使溫度應(yīng)力得到部分的消除，此時溫度應(yīng)力就不甚危險了。例如對于碳鋼和一般合金結(jié)構(gòu)鋼，只是在550℃~650℃以前，塑性較低，處在彈性狀態(tài)，快速加熱是危險的。而奧氏體合金鋼在600℃~900℃時，塑性會急劇降低，所以在此溫度范圍內(nèi)應(yīng)進(jìn)行緩慢而均勻的加熱，特別對于大截面的坯料，更應(yīng)如此。
2.組織應(yīng)力
具有相變的金屬在加熱過程中，由于發(fā)生相變還會產(chǎn)生組織應(yīng)力，例如，鋼由α鐵轉(zhuǎn)變?yōu)?gamma;鐵時，體積（比容）要收縮1%,表面層先相變先收縮，而里層相變就阻礙了外層的收縮，于是在外層引起拉應(yīng)力，內(nèi)層引起壓應(yīng)力。同樣，珠光體變?yōu)閵W氏體時，由于比容減少，在外層引起拉應(yīng)力，內(nèi)層引起壓應(yīng)力，恰好和溫度應(yīng)力的方向相反，使總的應(yīng)力值減少，當(dāng)內(nèi)層溫度升高而發(fā)生相變時，則塑性大為提高，這時適當(dāng)加快加熱溫度，也不會導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生。因此，組織應(yīng)力對坯料內(nèi)部形成裂紋的影響不大。
3.殘余應(yīng)力
鋼錠在凝固和冷卻過程中，由于外層和中心冷卻次序不同，各部分之間相互牽制將產(chǎn)生殘余應(yīng)力。鋼錠凝固時，由于外層先冷卻，中心層后冷卻，因此外層為壓應(yīng)力，中心層為拉應(yīng)力。當(dāng)殘余應(yīng)力超過強(qiáng)度極限時，金屬材料將產(chǎn)生裂紋。大鋼錠加熱時，對殘余應(yīng)力要足夠重視。
所以鍛造鍛件時坯料在加熱過程中，由于內(nèi)應(yīng)力引起的裂紋，主要是溫度應(yīng)力造成的，一般裂紋發(fā)生在加熱低溫階段，并發(fā)生在心部。因此在500℃~650℃以下加熱時，應(yīng)避免加熱速度過快。在加熱時，應(yīng)降低裝爐溫度，并保溫一段時間，待內(nèi)外溫度一致時再繼續(xù)升溫。
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