Op het gebied van metaalverwerking en warmtebehandeling, thermische spanningen en structurele spanningen, ook wel faseomvormingspanningen genoemd,zijn twee fundamentele interne spanningen die onvermijdelijk ontstaan tijdens het verwarmen en afdoen van staalHun vormingmechanismen, evolutionaire regels, residuele spanningsverdeling en impactkenmerken verschillen volledig.Deze twee soorten spanningen leggen zich altijd op elkaar en werken met elkaar samen., wordt de belangrijkste oorzaak van de vervorming van het werkstuk, dimensie-out-of-tolerance, vervorming en afdoende kraken.Het beheersen van hun principes en beheersstrategieën is essentieel voor warmtebehandeling ingenieurs, productietechnici en kwaliteitsmanagementpersoneel in de staalindustrie.

1. Uitgebreide inleiding tot thermische spanning

1.1 Essentiële aard en productievoorwaarden

De thermische spanning wordt hoofdzakelijk veroorzaakt door onevenwichtige thermische uitbreiding en koude samentrekking.tussen het oppervlak en de kern duidelijke temperatuurgradiënten ontstaanDe metalen onderdelen met verschillende temperaturen veroorzaken een inconsistente uitbreiding of krimpdeformatie.en de wederzijdse beperking van aangrenzende metalen weefsels belemmert vrije vervorming, waardoor interne thermische spanning ontstaat.

Het komt voornamelijk voor in de processen van snel verwarmen, opladen en ontladen in de oven, algemene afkoeling bij afdoening en langzame afkoeling van grote werkstukken.

1.2 Vormings- en evolutieproces (verkoeling met koeling als standaard)

In de eerste fase van het afkoelen door het afdoen komt het werkstuk eerst in contact met het koelmiddel, de temperatuur daalt snel en de krimpamplitude is groot;terwijl de kern langzaam afkoelt met kleine krimp. Beperkt door de kern bevindt het oppervlak zich in een trekspanningstoestand en de kern in een compressie-spanningstoestand.

In de latere fase van de koeling is de oppervlaktetemperatuur stabiel en is de structuur in principe afgerond.maar de krimpdeformatie wordt beperkt door de reeds starre oppervlaktelaagDe spanningsomkering vindt uiteindelijk plaats, waardoor een stabiel restspanningsveld ontstaat: de oppervlaktelaag vertoont een compressie-spanning en de kern een trekspanning.

1.3 Belangrijkste factoren die thermische stress beïnvloeden

De grootte van de thermische spanning wordt bepaald door meerdere alomvattende factoren: temperatuurverschilsgradieuat veroorzaakt door koel- en verwarmingssnelheid,verschil tussen de grootte van de doorsnede van het werkstuk en de wanddikte, de warmtegeleidbaarheid van staal, de lineaire termieke uitbreidingscoëfficiënt, de elastische modulus van het materiaal, evenals het temperatuurinterval en de houdtijd van verwarming en koeling.Een groter temperatuurverschil en een snellere temperatuurwisselingssnelheid zullen de warmtebelasting aanzienlijk verhogen.

2. Uitgebreide inleiding tot structurele (fasetransformatie) stress

2.1 Essentiële aard en productievoorwaarden

Structurele spanning ontstaat door het verschil in specifiek volume tijdens de transformatie van staal in de vaste toestand.De specifieke volgorde van het volume van de gewone staalfasen is vastgesteld.: Austenite < Ferrite / Pearlite < Bainite < Martensite.

Wanneer austenite tijdens het afzuigen in martensite verandert, breidt het volume zich duidelijk uit.de inconsistente volume-uitbreiding wordt beperkt, waardoor de fasetransformatie structurele spanning veroorzaakt.

2.2 Vormings- en evolutieproces (verkoeling met koeling als standaard)

Tijdens het afkoelen koelt het werkstuk eerst af tot de starttemperatuur van martensite (punt Ms), voltooit de transformatie van austenite-martensite bij voorkeur en produceert volume-uitbreiding.Op dit moment., blijft de kern in de austenite toestand zonder faseverandering en volumeverandering.

Later koelt de kern geleidelijk af tot het Ms-punt en ondergaat martensitische transformatie en volume-uitbreiding.Het oppervlakweefsel dat de transformatie van tevoren heeft voltooid, wordt getrokken en beperkt door de uitbreidende kernTen slotte wordt de restspanningsverdeling gevormd als volgt: de oppervlaktelaag is trekspanning, en de kern is drukspanning,die volledig tegengesteld is aan de verdelingregel van de thermische spanning.

2.3 Belangrijkste factoren die structurele stress beïnvloeden

De belangrijkste factoren zijn onder meer het koolstofgehalte van staal ­ een hoger koolstofgehalte leidt tot een groter specifiek volume martensyt en een grotere structurele spanning;specifiek volumeverschil vóór en na de fasetransformatieHet is de bedoeling dat de in het kader van het onderzoek verrichte resultaten in het licht van de resultaten van de onderzoeksprocedure worden vastgesteld en dat de resultaten van de onderzoeksprocedure worden vastgesteld.Legeringselementen zullen het Ms-punt- en fasetransformatieproces veranderen, waardoor de omvang van de structurele spanning wordt beïnvloed.

3Gedetailleerde vergelijkende analyse van thermische en structurele spanningen

表格

Vergelijkingsdimensie Thermische spanning Structurele (transformatie) stress

De fundamentele oorzaak Ongelijkmatig temperatuurveld leidt tot inconsistente thermische uitbreiding en samentrekking De transformatie van de vaste fase leidt tot een verschillend specifiek volume en een asynchrone volumeverandering

Reststressverdeling Oppervlaktecompressie-spanning, kern trekspanning Oppervlaktrekkingsspanning, kerncompressie-spanning

Scenario voor een dominante toepassing Grote werkstukken met doorsnede, langzaam afkoelen, normaliseren en gloeien Kleine dunne werkstukken, snel afzuigproces, hoge hardheidstaal

Hoofdfoutinductie Gevoelig voor thermische scheuren, algemene vervorming en macroscopische vervorming Gevoelig voor koude scheuren, lokale splitsing en vertraagd scheuren

Samenvatting van het kernmechanisme Geproduceerd door ongelijke koude en hitte Geproduceerd door asynchrone fasetransformatie

4. Superpositie-effect, technische gevaren en praktische betekenis

In de werkelijke productie van warmtebehandeling bestaan thermische spanning en structurele spanning niet onafhankelijk van elkaar;ze bestaan de hele tijd samen en leggen elkaar op om de totale interne spanning van het werkstuk te vormen.

Voor kleine en dunne werkstukken met een snelle koelsnelheid is de structurele spanning in de dominante positie.thermische spanning wordt de belangrijkste besturende spanning.

Belangrijkste technische gevaren

Dimensionele vervorming: wanneer de op elkaar geplaatste interne spanning de overbrengsterkte van het materiaal overschrijdt, produceert het werkstuk onomkeerbare plastische vervorming,die resulteert in dimensie-out-of-tolerantie en vormvervorming.

Mislukking van het kraken: overmatige thermische spanning veroorzaakt thermische scheuren bij hoge temperatuur; overmatige structurele spanning veroorzaakt koude scheuren na het doven,wat de belangrijkste oorzaak is van werkstukschroot bij warmtebehandeling.

Vermindering van de prestaties: lange termijn residuele interne spanning vermindert de vermoeidheid, slagsterkte en corrosiebestendigheid van onderdelen,en veroorzaakt dimensionale instabiliteit tijdens langdurige dienstverlening.

Industriële praktische betekenis

Een redelijke beheersing van de thermische spanning en de structurele spanning kan het schrootpercentage van de warmtebehandeling effectief verminderen, de dimensionale nauwkeurigheid en de levensduur van onderdelen verbeteren,en wordt veel gebruikt in auto-onderdelen, machinebouw, lagergereedschappen, vormstaal en andere industrieën.

5. Industriële standaardcontrolepunt & Procesoptimalisatiemaatregelen

Optimalisatie van het koelingsproces

Het gebruik van de technologie van het geleidelijk afzuigen en het isothermisch afzuigen, het goed verminderen van de afzuigkoelsnelheid, het beperken van de temperatuurgradiënt tussen oppervlak en kern,en het tijdsverschil van de fase-transformatie verminderen, zodat zowel de thermische als de structurele spanning worden verminderd.

Beheersing van verwarming en ovenbelasting

Het gebruik van voorverhitting en een stapsgewijs temperatuurstijgingsproces om snelle verhitting te voorkomen; optimaliseren van de ovenbelasting om een uniforme verhitting van de werkstukken te garanderen,voorkomen van lokale oververhitting en overmatig temperatuurverschil.

Optimalisatie van materiaal- en structuurontwerp

Voor koolstofrijk en hooggelegeerd staal moet de koelintensiteit bij het afdoen van het staal op passende wijze worden verlaagd; scherpe hoeken moeten worden vermeden;grooves en abrupte dikteveranderingen in het ontwerp van het werkstuk om stressconcentratiebronnen uit de structuur te elimineren.

Tijdelijke behandeling tegen stress

Op tijd tempereren na het blussen is de meest effectieve procesmaatregel om resterende interne spanningen te elimineren, de spanningsverdeling te balanceren en vertraagde blusbaren te voorkomen.

Redelijke matching van staalklasse en proces

selecteren van staalsoorten met een passende hardheid volgens de grootte van het werkstuk, overeenstemmen met de overeenkomstige warmtebehandelingsprocessen, bepalen van het fasetransformatiebereik en de koelsnelheid,en fundamenteel remmen van de overmatige generatie van interne stress.