淬火殘餘應力是◇指◇工件(Jiàn)經淬火、回火後的(De)最終殘存下來⋄的⋄(De)應力，對工件[Jiàn]的形狀，尺寸和性能都有(Yǒu)極為重要的○影○響。當它超過◇材◇料的▲屈▲服強度[Dù]時，便[Biàn]引起工件的變形，超過材料的強度極限時就會使工件(Jiàn)開裂，這是它有害的一面，應當減少和消除。
但(Dàn)在一定條[Tiáo]件下控制應力使之合理分布(Bù)，就可以提高零件的機械(Xiè)性能(Néng)和使用壽⋄命⋄，變害為利。分析∆鋼∆在淬火過程中應▾力▾的分布和變化規律(Lǜ)，使之合理分布對∇提∇高産品質量有着深(Shēn)遠的實際意義。關于表層殘○餘○壓(Yā)應力的[De]合理分(Fèn)布(Bù)對零[Líng]件使用壽[Shòu]命的▽影▽響已經引起了◈人◈們的廣泛[Fàn]重視。
一、鋼的淬火[Huǒ]應力
工[Gōng]件在(Zài)加熱和冷卻過程▽中▽，由于表層和心部的冷卻速度[Dù]和時間的[De]不一緻，形成溫差，◇就◇會導緻體積膨脹和(Hé)⋄收⋄縮不均而産▽生▽應力，∇即∇熱▾應▾力。在熱◇應◇力的作用下，由于表層開始溫度低(Dī)于心部，收▲縮▲也大于心部而使心部受拉，當冷卻結束時(Shí)，由于▽心▽部[Bù]最後冷◆卻◆體積收縮不能自由進行[Háng]而使表層受壓心部受拉。即在熱應力的作用[Yòng]下最終使工件表層[Céng]受(Shòu)壓而心(Xīn)部受拉。
這(Zhè)種現象受(Shòu)到冷(Lěng)卻速▽度▽，材料成分◇和◇工藝等因[Yīn]素的影響[Xiǎng]。當冷卻速度愈快，含碳量和合金成分▲愈▲高，冷卻過程中在熱應力作用下産生的不均勻塑性變形愈(Yù)大，最(Zuì)○後○形成的殘餘應力就愈大。另一◇方◇[Fāng]面鋼在淬火過程中由于組織(Zhī)的變化▾即▾[Jí]奧氏體向馬[Mǎ]氏體轉變時[Shí]，比容的▲增▲大會⋄伴⋄随▽工▽件體[Tǐ]積的膨[Péng]脹，工件各部位先後[Hòu]相變，造成體積長⋄大⋄不一緻而産(Chǎn)生組織應力。組織應力變化的最終[Zhōng]結果是表層◈受◈拉應力[Lì]，心部受壓∆應∆力，恰好與熱應●力●(Lì)相反。組織應力的大小與工件在馬氏體相變區的冷卻速◆度◆(Dù)，形狀，∇材∇料的化學成(Chéng)分[Fèn]等因素[Sù]有關。
實踐證明，任何工件在淬火(Huǒ)過程中的○相○變，熱應力和組織應力都會發生。隻不過[Guò]熱應力在組織轉變以前就∆已∆(Yǐ)經産生了，而組織應力則是◊在◊組織轉變過程中産生[Shēng]●的●，在整個冷卻過程中[Zhōng]，熱應力與組織[Zhī]應力綜合作用的結(Jié)果，就是工[Gōng]件中實際存在的應(Yīng)力。
這[Zhè]兩種應力綜合作用(Yòng)的結果是十分複雜[Zá]的，受着許○多○因素的[De]影響，如成分、形狀(Zhuàng)、工藝參數○等○[Děng]。就其發展過程來說◆隻◆有兩種類型，即熱(Rè)應力和組織應力，作用方向相(Xiàng)反∆時∆(Shí)二者抵消，作用方向相同時二者相互叠加。不管是(Shì)▾相▾[Xiàng]互(Hù)抵消還是相互叠∆加∆[Jiā]，◆兩◆個應力應(Yīng)有一個(Gè)占主導因[Yīn]素，熱應力[Lì]占主導◈地◈(Dì)位時的作用結果(Guǒ)是工件心部受拉，表面受壓。組▾織▾應力占主導地位時[Shí]的作用結果是工件心部受∇壓∇表[Biǎo]面受拉。
二、應力對淬火裂紋的影響
存[Cún]在于淬火件不同部位上能引起應力集中的因素(包括冶金缺陷在内)，對淬火裂紋(Wén)的産▾生▾都有促進(Jìn)作用，但隻有在(Zài)拉(Lā)應力場∆内∆(尤其是在最大拉⋄應⋄(Yīng)力下)才會表現出來，若在壓應◆力◆場◇内◇[Nèi]并無促裂(Liè)作用[Yòng]。
淬火冷◈卻◈速度是一個◈能◈[Néng]影響淬▽火▽質量并決定殘餘應力的∆重∆要因素，也是(Shì)一(Yī)個能對[Duì]淬火裂紋(Wén)賦于重要乃至決定(Dìng)性影響的因素(Sù)。為了達(Dá)到淬火的目的，通常必須加速零件●在●(Zài)高溫段[Duàn]内的冷卻速度，并[Bìng]使之(Zhī)超○過○∆鋼∆的[De]臨界淬火冷卻速度才能得到◈馬◈氏體組織。
就殘餘應力而論，這樣做由于能(Néng)增加抵消組織應力作用的⋄熱⋄應力值，故能減[Jiǎn]少工件表面∇上∇的拉應力而[ér]達到抑制縱裂的目的。其效果将▽随▽高溫冷卻速(Sù)度的加快(Kuài)而增大。∆而∆○且○，在能淬透的情況下，截面尺寸越大⋄的⋄(De)工件，雖然實際冷卻速度更緩，開裂的危[Wēi]險性卻反而愈大。這一切都是由于[Yú]這類鋼的熱應力[Lì]随尺寸的增大實際(Jì)冷卻速度減慢，熱應力減小，組織應力随尺寸的增大而增加，最後形[Xíng]成以組織應力為⋄主⋄[Zhǔ]的拉應力◆作◆用在工[Gōng]件表面的作用特∆點∆造成的。并與冷卻愈慢應力愈小的傳統觀念大相徑庭。對這(Zhè)類(Lèi)鋼件∇而∇言，在[Zài]正常條件下淬火的高淬透性鋼件中隻能○形○[Xíng]成縱裂。
避(Bì)免淬裂的原則[Zé]是設法○盡○量減小截面内外◆馬◆氏∆體∆轉變的不等時性。僅僅實[Shí]行馬氏體(Tǐ)轉變區内的緩冷卻不足以預防縱裂的形成(Chéng)。一般情況下▽隻▽能産生在非淬(Cuì)透性件中的裂紋，雖以整體快(Kuài)速冷卻▾為▾[Wéi]必要的形成條件，可是它的真正形成原因，卻[Què]不在(Zài)快速冷卻(包括馬氏體轉變區内)本身，而是淬火件[Jiàn]局部位置[Zhì](由幾何結構⋄決⋄[Jué]定)，在高溫臨界(Jiè)溫度區●内●的冷卻速度顯著減緩，因而沒有淬硬所緻。産生在大型非淬[Cuì]透性件中的⋄橫⋄斷和縱劈，是由(Yóu)以熱應力為主要成[Chéng]◆份◆的殘餘拉應力作[Zuò]用在淬火件中心，而(ér)在淬火件末淬硬的截(Jié)面中心(Xīn)處，首先形[Xíng]成裂(Liè)紋并由内往▲外▲擴展而造成的。
為了避免這類裂紋産生，往往◊使◊用水--油雙液淬火工藝。在此工[Gōng]◇藝◇(Yì)中實施高[Gāo]溫段内的快速冷卻[Què]，目的僅僅在于确保外層金屬得到馬氏體組織；◇而◇從内應○力○(Lì)的角度來(Lái)看，這時快(Kuài)冷有害無益。其次，冷卻後期緩冷的(De)目的，主要不是為∆了∆降低馬氏(Shì)體相變的膨∇脹∇速度和⋄組⋄織應力值(Zhí)，而在于(Yú)盡量減(Jiǎn)小截[Jié]面溫差和截面(Miàn)中心(Xīn)部位金屬的收縮速(Sù)度，從而達到減◆小◆應力值和最(Zuì)終抑制淬裂的目的。
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