淬火殘餘應力是指工(gōng)件經淬火(huǒ)、回火後的(de)最終殘存下來的應力，對工(gōng)件的形(xíng)狀，尺寸和性能(néng)都有(yǒu)極為重要的影(yǐng)響。當它超(chāo)過材料的屈服強度時，便(biàn)引起(qǐ)工件的變形(xíng)，超過材(cái)料的強度(dù)極限時就會使工件(jiàn)開裂，這是它有(yǒu)害的一面，應當減(jiǎn)少和消除。

但在一定條件下控制(zhì)應力使之合理分布，就可以提高零(líng)件的(de)機械性能和使用壽命，變害為利。分析鋼在淬火過程中應力(lì)的分布和變化規律，使之合理分布對提高産品質量有着深遠的實際意義(yì)。關于表層殘餘壓應力的合理分布對零件使用壽(shòu)命的影響(xiǎng)已經(jīng)引起了人(rén)們的廣泛(fàn)重視。

一、鋼的淬火應力

工件在加熱和冷卻過程中(zhōng)，由于表層和心部的冷卻速度(dù)和時間的不一緻，形成溫差，就會導緻體積膨脹和收縮不均而産生應(yīng)力，即熱應力。在熱應力的作用(yòng)下，由于表層開始溫度低于心部，收縮(suō)也大于心部(bù)而使心(xīn)部受拉，當冷(lěng)卻結束(shù)時，由于心部(bù)最後冷卻體積收縮不能自(zì)由進行(háng)而使表層受壓心部受拉。即在熱應力的作用下最終使工件表層受壓而心部受拉。

         這(zhè)種現象受到冷(lěng)卻速度，材料成分和(hé)工藝等因素的影響。當冷卻速度愈快，含(hán)碳量和合(hé)金成分愈高，冷卻過程中(zhōng)在熱應力作(zuò)用下産生的(de)不均勻塑性變形愈大，最(zuì)後形成的殘(cán)餘(yú)應力就愈大。另一方面鋼在淬火過程中由于組織的變化即奧氏體(tǐ)向馬氏體轉變時(shí)，比容的增大會伴随工件體積的膨脹，工件各部位先後(hòu)相變，造成體積長大不一緻而産生(shēng)組織應力。組織應力(lì)變化(huà)的最終結果是表層(céng)受拉應力，心部受壓應力，恰好與熱應力相反。組織應力(lì)的大(dà)小與工件(jiàn)在馬(mǎ)氏體(tǐ)相變區的冷卻速度，形狀，材料的化(huà)學成(chéng)分等因素有關。

實踐證明(míng)，任何工件在淬火(huǒ)過程中的相(xiàng)變，熱應力和組織應力都會發生。隻(zhī)不過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(zhī)轉變過程中産生的(de)，在整(zhěng)個(gè)冷卻過程中，熱應力與組織應力綜合作用(yòng)的結果，就是工件中實際存在的(de)應(yīng)力。

        這兩種應力綜合作用的結果是十分複雜的(de)，受着許多因素的(de)影響，如成(chéng)分、形狀、工藝參數等。就其發(fā)展(zhǎn)過程來說隻有兩種類型，即熱應力和組織應力，作用方向相反時二者抵消，作用(yòng)方(fāng)向相同時二者相互叠加。不管是相(xiàng)互抵消還是相互叠加，兩個應力應有一個占主導因(yīn)素，熱應力占主導地位時的作用結果是工件心部受拉，表面受壓。組織應力占主導地位時的作用結果是(shì)工件(jiàn)心部受壓表面受拉。

二、應力對淬火(huǒ)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，但隻有在拉應力場内(尤(yóu)其是在(zài)最大拉應力下)才會表(biǎo)現出來(lái)，若在壓應(yīng)力場内并無促裂作用。

         淬火冷卻速度是一個能(néng)影響淬火質量并決定殘餘應(yīng)力的重要因素，也是一個能對淬火裂(liè)紋(wén)賦于重要乃至決定性影響的因素。為了達到淬火的(de)目的，通常必須加(jiā)速零件在高溫段内的冷卻速度，并(bìng)使之(zhī)超過鋼的(de)臨界淬火冷(lěng)卻速度才能得到馬氏體組(zǔ)織。

         就殘餘應力而論，這樣(yàng)做(zuò)由于能(néng)增加(jiā)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達到抑(yì)制縱裂的目的。其效果将随高溫冷卻速度的加快(kuài)而增大。而且，在能淬(cuì)透的(de)情況下，截面尺寸越大的工件，雖然實際冷卻速度更緩(huǎn)，開裂的危險性卻反而愈大。這一切都是由于(yú)這類鋼的熱應力随尺寸的增大實際冷卻速度減慢，熱應力減小(xiǎo)，組織應力随尺寸的增大而增加，最後形成以組織應力為主的拉應力(lì)作用在工件表面的作用特點造成的。并與冷卻愈慢應力愈(yù)小的傳統觀念大相徑庭。對這類鋼件而言，在(zài)正常(cháng)條件下淬火的高淬透性鋼件中隻能形成縱裂。

        避免淬裂的原(yuán)則是設法盡(jìn)量減小截面内外馬氏體(tǐ)轉(zhuǎn)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(zòng)裂的形成。一般情況下隻能産生在非淬透性件中的裂紋，雖以整體快(kuài)速冷(lěng)卻為必要的形成條件，可(kě)是它的真正形成原因，卻不在快速冷卻(què)(包括馬氏體轉變區内)本身，而是淬火件(jiàn)局部位置(zhì)(由幾何結構決定)，在高溫臨界(jiè)溫度(dù)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(lì)作(zuò)用在淬火件中心，而(ér)在淬火件(jiàn)末淬硬的(de)截面中心處(chù)，首先形成裂紋并(bìng)由内往外擴展而造成的(de)。

         為(wéi)了避免這類裂紋産生，往往使用水--油雙液淬火工(gōng)藝。在此工(gōng)藝(yì)中實施高溫段内的快速冷卻(què)，目的僅僅在于确保外層金(jīn)屬得到馬氏(shì)體組織；而從内應力的角度來看，這時(shí)快(kuài)冷有害無益。其次，冷卻後(hòu)期緩冷的目的，主要不是為(wéi)了降低馬氏體相(xiàng)變的膨脹速度和組織應力值，而在于盡量減小截面溫差和截面中心部位金屬的收縮速度，從(cóng)而達到減小應力值和最(zuì)終抑制淬裂的目的。

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