关于锻件的热应力和相变应力

       锻件经过退火、正火、淬火、回火及表面改性热处理后，都可能产生热处理畸变。产生畸变的根本原因，在于锻件在热处理时产生的内应力，即由于内外温差及组织转变的不同时性，使热处理后的锻件残存有内应力。

       这种应力在热处理过程的某一瞬间超过钢的屈服点时，便会引起锻件的畸变。热处理过程中产生的内应力有热应力和相变应力，它们的形成原因和作用是不同的。

       锻件在加热和冷却时伴有热胀冷缩现象，当锻件表面与心部由于加热或冷却速度不同，造成温度差，其体积的膨胀或收缩在表面与心部也就不一样，这种由于温度差而产也体积变化的不同时性所引起的内应力，称为热应力。

       锻件在热处理过程中，其热应力的变化主要表现为：锻件加热时，表面升温速度快于心部，表面温度高而膨胀，心部温度低而未膨胀，此时表面受压应力，心部受拉应力。当锻件透热后，心部温度升高而膨胀，此时锻件表现出体积膨胀；工件冷却时，表层冷却速度快于心部，表层要收缩，心部温度高阻止收缩，对表层产生拉应力，心部则产生压应力，当冷却到一定温度时，表层巳经冷硬不再收缩，而心部由于继续冷却要发生收缩，此时表层受到压应力，而心部则受拉应力，在冷却结束后此应力仍存在于锻件内部，称为残留应力。

       锻件热处理过程中发生组织转变时，由于不同组织的质量体积不同，因此锻件必然发生质量体积变化。由于锻件表面和心部存在温度差，因此表面与心部组织转变不及时，这样内外质量体积变化不同就会产生内应力。这种由于组织转变的不同时性所引起的内应力，称为相变应力。

       钢中各基本组织的质量体积，是按奥氏体、珠光体、索氏体、屈氏体、下贝氏体，回火马氏体及马氏体的顺序，依次增大。例如，锻件淬火快冷时，由于表层先冷至他点，所以表层由奧氏体转变为马氏体，体积胀大，但是心部仍处于奥氏体状态，阻止表层的胀大，因此锻件心部受到拉应力，表层受到压应力；当继续冷却时，表层温度降低，不再胀大，而心部由于转变为马氏体，体积要继续胀大，因此，将受到表层阻止，于是心部受到压应力，表层受到拉应力。在冷却结朿后，此应力仍然存在于锻件内部，成为残留应力。

       因此，在淬火冷却过程中，热应力与相变应力的变化是相反的，最终残留在锻件内部的两种应力也是相反的。热应力和相变应力的合成应力，称为淬火内应力。当这种残留在锻件内部的内应力超过钢的屈服点时，会使工件产生塑性变形，就造成锻件的畸变。