鍛造車輪鍛件的冷卻是鍛造生產(chǎn)中非常重要的一個環(huán)節(jié)。鍛造車輪的冷卻是指鍛造車輪鍛件從鍛造溫度出模冷卻到室溫。如果冷卻方法選擇不當,鍛造車輪鍛件可能因產(chǎn)生裂紋或白點而報廢,從而延長生產(chǎn)周期而影響生產(chǎn)率。
鍛造車輪鍛件冷卻過程中的內(nèi)應力
坯料在加過程中會產(chǎn)生內(nèi)應力,同樣,鍛造車輪鍛件在冷卻過程中也會引起內(nèi)應力。由于鍛造車輪鍛件冷卻后期溫度較低而呈彈性狀態(tài),因此冷卻內(nèi)應力的危險性比加熱內(nèi)應力更大。冷卻內(nèi)應力有溫度應力,組織應力和鍛造變形不均勻引起的殘余應力。
1、溫度應力
鍛造車輪鍛件在冷卻初期,表層冷卻快,體積收縮較大,心部冷卻慢,體積收縮較小。由于表層的收縮受到心部的阻礙,結果在表層產(chǎn)生拉應力,心部為壓應力。到了冷卻后期,鍛造車輪鍛件表面溫度已近室溫,基本上不再收縮,這時表層反而阻礙心部繼續(xù)收縮,導致溫度應力發(fā)生改變。
如鍛造車輪鍛件材料為抗力大,塑性低的硬鋼,在冷卻初期表層產(chǎn)生的拉應力不能得到松弛,就是在冷卻后期,盡管心部體積收縮對表層產(chǎn)生附加壓應力,也只能使表層初期產(chǎn)生的拉應力有所降低,而不會使溫度應力符號發(fā)生改變,表層仍為拉應力,心部仍為壓應力。
因此,軟鋼鍛造車輪鍛件冷卻時可能出現(xiàn)內(nèi)裂,硬鋼鍛造車輪鍛件冷卻時則易產(chǎn)生外裂。
冷卻溫度應力和加熱溫度應力一樣,是三向應力狀態(tài),因為還有軸向的應力。
2、組織應力
鍛造車輪鍛件在冷卻過程中若有相變發(fā)生,由于相變前后組織的比容不同,而且轉(zhuǎn)變是在一定溫度范圍內(nèi)完成,故在相與相之間產(chǎn)生組織應力。當鍛造車輪鍛件表里不一致時,這種組織應力更為明顯。
如起重機車輪鍛件在冷卻過程中有馬氏體轉(zhuǎn)變時,隨著鍛件溫度降低,表層先進行馬氏體轉(zhuǎn)變,由于馬氏體的比容大于奧氏體的比容,這時所引起的組織應力為,表層是壓應力,心部為拉應力。但是這時心部溫度比較高,處于塑性良好的奧氏體狀態(tài),通過局部塑性變形,上述應力很快得到松弛。隨后起重機車輪鍛件繼續(xù)冷卻,心部也發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變,這時產(chǎn)生的組織應力,心部是壓應力,表層為拉應力。應力不斷增大,直到馬氏體的轉(zhuǎn)變結束為止。由于鋼中所有相的比容均比奧氏體大,因此當鍛件冷卻發(fā)生其它組織轉(zhuǎn)變時,所產(chǎn)生的組織應力同樣具有上述規(guī)律。
鍛造車輪冷卻時產(chǎn)生的組織應力也和加熱時產(chǎn)生的組織應力一樣是三向應力,且其中切向應力較大,這是引起表面縱向裂紋的主要原因。
3、殘余應力
鍛造車輪在鍛壓成形過程中,由于變形不均所引起的附加應力,如未能及時再結晶軟化將其,鍛后便成為殘余應力保留下來。殘余應力在起重機車輪內(nèi)部的分布,根據(jù)變形不均的情況而不同,可能是表層為拉應力而心部為壓應力,或者與此相反。
可以看出,鍛造車輪在冷卻過程中,存在上述三種內(nèi)應力,總的內(nèi)應力為三者疊加。當疊加的應力值超過材料的強度時,便會在起重機車輪鍛件相應部位引起裂紋,冷卻裂紋常常是在溫度較低時和塑性較差的材料中發(fā)生。如果疊加的內(nèi)應力沒有造成破壞,便會以殘余應力形式保留下來,給后續(xù)熱處理增加不利因素。
因此,了解鍛造車輪鍛件冷卻過程中產(chǎn)生的內(nèi)應力及其原因,對于選擇鍛造車輪鍛件的冷卻方法,制定冷卻規(guī)范是非常重要的。以上就是對這篇文章的介紹,希望對大家有所幫助。選擇中重,選擇品質(zhì)!