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起重機(jī)車輪鍛件在冷卻時(shí)的應(yīng)力有哪幾種?

2020-09-19 17:12:59

      起重機(jī)車輪鍛件冷卻是鍛造生產(chǎn)中不可忽視的重要環(huán)節(jié)。起重機(jī)車輪鍛件的冷卻是指起重機(jī)車輪鍛件從終鍛溫度出模冷卻到室溫。如果冷卻方法選擇不當(dāng),起重機(jī)車輪鍛件可能因產(chǎn)生裂紋或白點(diǎn)而報(bào)廢,也可能延長生產(chǎn)周期而影響生產(chǎn)率。

      坯料在加過程中會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,同樣,起重機(jī)車輪鍛件在冷卻過程中也會(huì)引起內(nèi)應(yīng)力。由于起重機(jī)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(yīng)力的危險(xiǎn)性比加熱內(nèi)應(yīng)力更大。內(nèi)應(yīng)力有溫度,組織應(yīng)力和鍛造變形不均勻引起的殘余應(yīng)力。

起重機(jī)車輪|軌道車輪|行車輪|托輪

起重機(jī)車輪鍛件在冷卻過程中的內(nèi)應(yīng)力

      溫度應(yīng)力:起重機(jī)車輪鍛件在冷卻初期,表層冷卻塊,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(jié)果在表層產(chǎn)生拉應(yīng)力,心部為壓應(yīng)力。到了冷卻后期,起重機(jī)車輪鍛件表面溫度已近室溫,基本上不再收縮,這時(shí)表層反而阻礙心部繼續(xù)收縮,導(dǎo)致溫度應(yīng)力符號發(fā)生改變。如起重機(jī)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(yīng)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(yīng)力,也只能使表層初期產(chǎn)生的拉應(yīng)力有所降低,而不會(huì)使溫度應(yīng)力符號發(fā)生改變,表層仍為拉應(yīng)力,心部仍為壓應(yīng)力。因此,軟鋼起重機(jī)車輪鍛件冷卻時(shí)可能出現(xiàn)內(nèi)裂,硬鋼起重機(jī)車輪鍛件冷卻時(shí)則易產(chǎn)生外裂。冷卻溫度應(yīng)力和加熱溫度應(yīng)力一樣,是三向應(yīng)力狀態(tài),最大也是軸向應(yīng)力。

       組織應(yīng)力:起重機(jī)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(yīng)力。當(dāng)起重機(jī)車輪鍛件表里不一致時(shí),這種組織應(yīng)力更為明顯。如起重機(jī)車輪鍛件在冷卻過程中有馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí),隨著鍛件溫度降低,表層先進(jìn)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(shí)所引起的組織應(yīng)力為,表層是壓應(yīng)力,心部為拉應(yīng)力。但是這時(shí)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(yīng)力很快得到松弛。隨后起重機(jī)車輪鍛件繼續(xù)冷卻,心部也發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變,這時(shí)產(chǎn)生的組織應(yīng)力,心部是壓應(yīng)力,表層為拉應(yīng)力。應(yīng)力不斷增大,直到馬氏體的轉(zhuǎn)變結(jié)束為止。由于鋼中所有相的比容均比奧氏體大,因此當(dāng)鍛件冷卻發(fā)生其它組織轉(zhuǎn)變時(shí),所產(chǎn)生的組織應(yīng)力同樣具有上述規(guī)律。冷卻時(shí)產(chǎn)生的組織應(yīng)力也和加熱時(shí)產(chǎn)生的組織應(yīng)力一樣是三向應(yīng)力,且其中切向應(yīng)力最大,這是引起表面縱向裂紋的主要原因。

       殘余應(yīng)力:起重機(jī)車輪鍛件在鍛壓成形過程中,由于變形不均所引起的附加應(yīng)力,如未能及時(shí)再結(jié)晶軟化將其消除,鍛后便成為殘余應(yīng)力保留下來。殘余應(yīng)力在起重機(jī)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(yīng)力而心部為壓應(yīng)力,或者與此相反。

       可以看出,起重機(jī)車輪鍛件在冷卻過程中,存在上述三種內(nèi)應(yīng)力,總的內(nèi)應(yīng)力為三者疊加。當(dāng)疊加的應(yīng)力值超過材料的強(qiáng)度極限時(shí),便會(huì)在起重機(jī)車輪鍛件相應(yīng)部位引起裂紋,冷卻裂紋常常是在溫度較低時(shí)和塑性較差的材料中發(fā)生。如果疊加的內(nèi)應(yīng)力沒有造成破壞,冷卻終了便會(huì)以殘余應(yīng)力形式保留下來,給后續(xù)熱處理增加不利因素。

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       因此,了解起重機(jī)車輪鍛件冷卻過程的特點(diǎn)及其缺陷形成的原因,對于選擇冷卻方法,制訂冷卻規(guī)范是非常必要的。