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北京热处理对模具消除残余应力的作用及残余应力的调整和消除

点击次数: 更新时间:2018-5-31 9:55:00
通过热处理的方法或机械作用法可以消除工件的 残余应力或使其重新分布。退火和回火能够部分地或完全地消除残余应力,是最常用的方法。但是退火和回火还会引起材料的组织变化、硬度下降和其他力学性能的变化。
机械作用法包括静态应务处理法、冲击应力处理法、振动处理法等。其原理是在机械力的作用下,使工件产生局部塑性变形,以达到降低和调整残余应力的目的。机械作用法一般不会改变材料的微观组织和力学性能,但是只能部分地消除残余应力或使其重新分布,不可能使残余应力完全消除。(来源:上海荔锋模具钢材有限企业)
热处理对消除残余应力的作用
⒈消除应力退火
消除应力退火的主要目的是消除铸造、锻造、焊接及机械加工等工序所造成的内应力。其工艺是将工件加热至ac1以下50~200℃,保温后空冷或炉冷至200~300℃,再出炉空冷。消除应力退火中不发生相变组织转变,去除内应力的机理是局部塑性变形和蠕变引起的应力松弛。残余应力超过材料的屈服强度,就会使材料发生塑性变形,因此,残余应力总是低于材料的屈服强度。通常材料的屈服强度随温度的升高而降低。例:温度升高到620℃,3%nicr钢的弹性极限降到约160mpa,也就是说,在620℃退火时,3%nicr钢的残余应力不会超过160mpa。考虑到蠕变变形的影响,残余应力还会进一步降低。
⒉回火与残余应力的去除
回火的作用之一是消除淬火钢中的残余应力。淬火马氏体是一种不稳定的组织,具有高的硬度和大的淬火应力。钢淬火后,往往得不到单纯的淬火马氏体,而是形成含有像残余奥氏体、贝氏体等组织的混合组织。这些不稳定组织在回火过程中,因发生分解而引起残余应力的消除或重新分布。由于回火加热,金属内部原子的振动加剧,钢的屈服强度降低,塑性增大,也会导致残余应力因局部塑性变形而降低。
残余应力消除的程度取决于回火工艺和淬火组织的不稳定程度。在各个工艺参数中,回火温度对消除残余应力的影响最大。根据30钢的淬火应力随回火温度的变化可知,450℃以下,淬火应力随回火温度的升高缓慢下降,超过450℃回火,残余应力去除的效果明显。但是,只有回火温度达到500~600℃甚至更高时,残余应力才能接近全部去除。应当指出的是,随回火温度的升高,淬火钢的硬度伴随马氏体的分解而降低。因此,为消除淬火应力而选择回火温度时,应注意在保证力学性能的条件下进行。例如,冷变形工模具钢,为保持淬火状态的高硬度,常采用低温回火,只能使部分淬火应力得以消除。而对要求高强度、高韧度的结构钢,往往采用中温和高温回火,残余应力消除的就比较充分。对于ms点较高的低碳马氏体钢,淬火应力较低,低碳马氏体具有优良的综合力学性能,加上自回火的作用,可以在淬火态使用。
回火时间对残余应力的影响。残余应力主要是在回火开始阶段去除的,过分延长回火时间对去除残余应力意义不大。
大锻件回火冷却不当,会产生大的残余应力,这是由于高温回火后,在高塑性和低弹性的高温区(碳钢和低合金钢>℃,合金钢>450℃)快冷时,表面产生了剪切变形的缘故。为了缩短回火时间,提高劳动生产率,在低温弹性区域内(<300℃=,可以采用较快的冷却速度。
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