关于锻件在冷却过程中的内应力

       坯料在加过程中会产生内应力,同样,锻件在冷却过程中也会引起内应力。由于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。

       锻件在冷却过程中的内应力有以下几点。

       温度应力: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,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。

       若锻件材料为抗力大,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。

锻件

       组织应力: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。当锻件表里不一致时,这种组织应力更为明显。

       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: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。残余应力在锻件内部的分布,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。

       综上所述,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。

       自由锻造是利用冲击力式压力,使加热的金属坯料在上、下砧块之间产生塑性变形,以获得所需锻件的加工方法。

锻件

       由于金属坯料在砧块平面之间能够自由流动,故称为自由锻造。自由锻造分手工自由锻造和机器自由锻造两种。手工自由锻造只能生产小型锻件,效率低。

       机器自由锻造能生产各种大小的锻件,效率较高,是目前工厂普遍采用的自由锻造方法。自由锻使用通用工具和设备,可锻造各种质量的锻件,小到不足1kg,大到几百吨。由于自由锻是局部变形,变形抗力小,特别适用于生产大型锻件。

       但自由锻锻件尺寸精度低,形状简单,生产效率低,故只适用于单件小批量生产。自由锻造工序可分为基本工序、辅助工序及精整工序。基本工序是使金属于产生一定程度的塑性变形,以达到所需形状和尺寸的工艺过程,如镦粗、拔长、冲孔、弯曲和扭转等。

       辅助工序是在基本工序前进行的预先变形工序,如压钳口、切肩等。精整工序是用以减少锻件表面缺陷而进行的工序。



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