车轮锻件在冷却时的应力有哪几种?

2018-11-29 15:28:50 杨英杰 14

       起重机车轮锻件冷却是锻造生产中不可忽视的重要环节。起重机车轮锻件的冷却是指起重机车轮锻件从终锻温度出模冷却到室温。如果冷却方法选择不当,起重机车轮锻件可能因产生裂纹或白点而报废,也可能延长生产周期而影响生产率。

       坯料在加过程中会产生内应力,同样,起重机车轮锻件在冷却过程中也会引起内应力。由于起重机车轮锻件冷却后期温度较低而呈弹性状态,因此冷却内应力的危险性比加热内应力更大。内应力有温度,组织应力和锻造变形不均匀引起的残余应力。

       起重机车轮锻件在冷却过程中的内应力

       温度应力:起重机车轮锻件在冷却初期,表层冷却块,体积收缩较大,心部冷却慢,体积收缩较小。由于表层的收缩受到心部的阻碍,结果在表层产生拉应力,心部为压应力。到了冷却后期,起重机车轮锻件表面温度已近室温,基本上不再收缩,这时表层反而阻碍心部继续收缩,导致温度应力符号发生改变。

车轮锻件

       如起重机车轮锻件材料为抗力大,塑性低的硬钢,在冷却初期表层产生的拉应力不能得到松弛,就是在冷却后期,尽管心部体积收缩对表层产生附加压应力,也只能使表层初期产生的拉应力有所降低,而不会使温度应力符号发生改变,表层仍为拉应力,心部仍为压应力。

       因此,软钢起重机车轮锻件冷却时可能出现内裂,硬钢起重机车轮锻件冷却时则易产生外裂。

       冷却温度应力和加热温度应力一样,是三向应力状态,最大也是轴向应力。

       组织应力:起重机车轮锻件在冷却过程中若有相变发生,由于相变前后组织的比容不同,而且转变是在一定温度范围内完成,故在相与相之间产生组织应力。当起重机车轮锻件表里不一致时,这种组织应力更为明显。

       如起重机车轮锻件在冷却过程中有马氏体转变时,随着锻件温度降低,表层先进行马氏体转变,由于马氏体的比容大于奥氏体的比容,这时所引起的组织应力为,表层是压应力,心部为拉应力。但是这时心部温度比较高,处于塑性良好的奥氏体状态,通过局部塑性变形,上述应力很快得到松弛。随后起重机车轮锻件继续冷却,心部也发生马氏体转变,这时产生的组织应力,心部是压应力,表层为拉应力。应力不断增大,直到马氏体的转变结束为止。由于钢中所有相的比容均比奥氏体大,因此当锻件冷却发生其它组织转变时,所产生的组织应力同样具有上述规律。

车轮锻件

       冷却时产生的组织应力也和加热时产生的组织应力一样是三向应力,且其中切向应力最大,这是引起表面纵向裂纹的主要原因。

       残余应力:起重机车轮锻件在锻压成形过程中,由于变形不均所引起的附加应力,如未能及时再结晶软化将其消除,锻后便成为残余应力保留下来。残余应力在起重机车轮内部的分布,根据变形不均的情况而不同,可能是表层为拉应力而心部为压应力,或者与此相反。

       可以看出,起重机车轮锻件在冷却过程中,存在上述三种内应力,总的内应力为三者叠加。当叠加的应力值超过材料的强度极限时,便会在起重机车轮锻件相应部位引起裂纹,冷却裂纹常常是在温度较低时和塑性较差的材料中发生。如果叠加的内应力没有造成破坏,冷却终了便会以残余应力形式保留下来,给后续热处理增加不利因素。

       因此,了解起重机车轮锻件冷却过程的特点及其缺陷形成的原因,对于选择冷却方法,制订冷却规范是非常必要的。