1. Definitie
Structurele spanning, ook wel transformatiespanning genoemd, is een soort interne spanning die wordt gegenereerd tijdens de warmtebehandeling van staal, met name bij het afdoen.Het is het gevolg van asynchrone fasetransformatie en specifieke volumeverschillen tussen microstructuren.De wederzijdse beperking van de omvang van de veranderingen in de verschillende delen van het werkstuk maakt het een belangrijke oorzaak van warmtebehandeling vervorming en scheuren.
2. Essentie en generatiemechanisme
De belangrijkste oorzaak
De verschillende fasen in staal hebben een duidelijk specifiek volume (volume per massa-eenheid):
Austenite (γ) < Ferrite (α) < Pearlite < Bainite < Martensite (M)
De transformatie van austenite naar martensite brengt een significante volume-uitbreiding van 3% ~ 5% met zich mee.
Het oppervlak en de kern van de werkstukken hebben onverenigbare koelingssnelheden, wat leidt tot asynchrone fase-transformatie en ongecoördineerde volumeverschillen, die uiteindelijk structurele spanning veroorzaken.
Typisch uitdoven proces
Vroege koelfase (boven Ms-punt)
Het oppervlak koelt sneller en bereikt eerst de Ms-temperatuur, waarbij het van austenite in martensite verandert met de uitbreiding van het volume.de oppervlakte draagt drukspanning terwijl de kern trekspanning draagt.
Laatste koelfase (onder het Ms-punt)
De kern koelt af tot het Ms-punt en verandert in martensite bij volume-uitbreiding.De uitbreidende kern knijpt het oppervlak, waardoor de spanning wordt omgekeerd.
Eindspanningsverdeling: oppervlakte trekspanningen, kerncompressie-spanningen (tegenover thermische spanningen).
3De belangrijkste factoren die structurele stress beïnvloeden
Chemische samenstelling
Een hoger koolstofgehalte vergroot het verschil in specifiek volume van martensite en verhoogt de structurele spanning.
Legeringselementen zoals Cr, Ni en Mo verlagen de Ms-temperatuur, vergroten het temperatuurverschil van de fasetransformatie, verbeteren de hardheid en intensiveren de transformatie van de niet-uniforme sectie,het verhogen van de structurele spanning.
Grootte en vorm van het werkstuk
Grotere sectieomvang, ongelijke dikte, scherpere hoeken en groeven verergeren de asynchrone fasetransformatie, waardoor de structurele spanning en de spanningsconcentratie toenemen.Kleine werkstukken worden overheerst door structurele spanningen, terwijl de grote door thermische spanning worden gedomineerd.
Procesparameters
Een hogere afzuigtemperatuur homogeniseert de austenite-samenstelling en verruimt de korrels, waardoor het volume-effect van fasetransformatie en spanning wordt versterkt.Een snellere afkoeling onder Ms en een hogere hardheid vergroten het fasetransformatietijdverschil en de transformatiegradiënt van martensyt, waardoor de structurele spanningen verder toenemen.
Aanvankelijke microstructuur
Lamellaire parelliet en gestreepte structuur veroorzaken ongelijke fasetransformatie en hogere spanningen.
4Samenvatting
Structurele spanning is een onvermijdelijk gevolg van asynchrone fasetransformatie en specifiek volumeverschil, gekenmerkt door oppervlaktespanning en kerncompressie.Het is de primaire inducerende factor voor het blussen van vervorming en kraken.
Controlemaatregelen: Vermindering van de koeling in het Ms-gebied, homogenisering van de fasetransformatie, tijdige tempering en optimalisatie van de werkstukstructuur en materiaalkeuze.het is noodzakelijk om de structurele spanning en de thermische spanning in evenwicht te brengen om de prestaties te verenigen, risico's op vervorming en barsten.