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      起重機車輪鍛件在冷卻時的應力有哪幾種?

      發布時間:2020-05-08 點擊數:268

      起重機車輪鍛件冷卻是鍛造生產中不可忽視的重要環節。起重機車輪鍛件的冷卻是指起重機車輪鍛件從終鍛溫度出模冷卻到室溫。如果冷卻方法選擇不當,起重機車輪鍛件可能因產生裂紋或白點而報廢,也可能延長生產周期而影響生產率。

      坯料在加過程中會產生內應力,同樣,起重機車輪鍛件在冷卻過程中也會引起內應力。由于起重機車輪鍛件冷卻后期溫度較低而呈彈性狀態,因此冷卻內應力的危險性比加熱內應力更大。內應力有溫度,組織應力和鍛造變形不均勻引起的殘余應力。

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      起重機車輪鍛件在冷卻過程中的內應力

      溫度應力:起重機車輪鍛件在冷卻初期,表層冷卻塊,體積收縮較大,心部冷卻慢,體積收縮較小。由于表層的收縮受到心部的阻礙,結果在表層產生拉應力,心部為壓應力。到了冷卻后期,起重機車輪鍛件表面溫度已近室溫,基本上不再收縮,這時表層反而阻礙心部繼續收縮,導致溫度應力符號發生改變。

      如起重機車輪鍛件材料為抗力大,塑性低的硬鋼,在冷卻初期表層產生的拉應力不能得到松弛,就是在冷卻后期,盡管心部體積收縮對表層產生附加壓應力,也只能使表層初期產生的拉應力有所降低,而不會使溫度應力符號發生改變,表層仍為拉應力,心部仍為壓應力。

      因此,軟鋼起重機車輪鍛件冷卻時可能出現內裂,硬鋼起重機車輪鍛件冷卻時則易產生外裂。

      冷卻溫度應力和加熱溫度應力一樣,是三向應力狀態,最大也是軸向應力。

      組織應力:起重機車輪鍛件在冷卻過程中若有相變發生,由于相變前后組織的比容不同,而且轉變是在一定溫度范圍內完成,故在相與相之間產生組織應力。當起重機車輪鍛件表里不一致時,這種組織應力更為明顯。

      如起重機車輪鍛件在冷卻過程中有馬氏體轉變時,隨著鍛件溫度降低,表層先進行馬氏體轉變,由于馬氏體的比容大于奧氏體的比容,這時所引起的組織應力為,表層是壓應力,心部為拉應力。但是這時心部溫度比較高,處于塑性良好的奧氏體狀態,通過局部塑性變形,上述應力很快得到松弛。隨后起重機車輪鍛件繼續冷卻,心部也發生馬氏體轉變,這時產生的組織應力,心部是壓應力,表層為拉應力。應力不斷增大,直到馬氏體的轉變結束為止。由于鋼中所有相的比容均比奧氏體大,因此當鍛件冷卻發生其它組織轉變時,所產生的組織應力同樣具有上述規律。

      冷卻時產生的組織應力也和加熱時產生的組織應力一樣是三向應力,且其中切向應力最大,這是引起表面縱向裂紋的主要原因。

      殘余應力:起重機車輪鍛件在鍛壓成形過程中,由于變形不均所引起的附加應力,如未能及時再結晶軟化將其消除,鍛后便成為殘余應力保留下來。殘余應力在起重機車輪內部的分布,根據變形不均的情況而不同,可能是表層為拉應力而心部為壓應力,或者與此相反。

      可以看出,起重機車輪鍛件在冷卻過程中,存在上述三種內應力,總的內應力為三者疊加。當疊加的應力值超過材料的強度極限時,便會在起重機車輪鍛件相應部位引起裂紋,冷卻裂紋常常是在溫度較低時和塑性較差的材料中發生。如果疊加的內應力沒有造成破壞,冷卻終了便會以殘余應力形式保留下來,給后續熱處理增加不利因素。

      因此,了解起重機車輪鍛件冷卻過程的特點及其缺陷形成的原因,對于選擇冷卻方法,制訂冷卻規范是非常必要的。

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