热处置残存力是指工件经热处置后最终残存下来的应力，对工件的状态、尺寸和机能都有极为沉要的影响
。当它超过资料的屈服强度时，便引起工件的变形，超过资料的强度极限时就会使工件开裂，这是它有害的一面，该当削减和解除
。

但在肯定前提下节造应力使之合理散布，就能够提高零件的机械机能和使用寿命，变有害为有利
。分析钢在热处置过程中应力的散布和变动法规，使之合理散布对提高产品质量有着深远的现实意思
。例如关于表层残存压应力的合理散布对零件使用寿命的影响问题已经引起了人们的宽泛器沉
。

钢的热处置当力

工件在加热和冷却过程中，由于表层和心部的冷却速度和功夫的不一致形成温差，就会导致体积膨胀和收缩不均而产生应力，即扰爪力
。在扰爪力的作用下，由于表层起头温度低于心部，收缩也大于心部而使心部受拉，当冷却实现时，由于心部最后冷却体积收缩不能自由进行而使表层受压心部受拉
。即在扰爪力的作用下最终使工件表层受压而心部受拉
。

这种景象受到冷却速度，资料成分和热处置工艺等成分的影响
。当冷却速杜快，含碳量和合金成分愈高，冷却过程中在扰爪力作用下产生的不均匀塑性变形愈大，最后形成的残存应力就愈大
。

另一方面钢在热处置过程中由于组织的变动即奥氏体向马氏体转变时，因比容的增大会伴随工件体积的膨胀，工件各部位先表态变，造成体积长大不一致而产生组织应力
。组织应力变动的最终了局是表层受拉应力，心部受压应力，刚好与扰爪力相反
。组织应力的大幼与工件在马氏体相变区的冷却速度，状态，资料的化学成分等成分有关
。

实际证明，任何工件在热处置过程中，只有有相变，扰爪力和组织应力城市产生
。只不外扰爪力在组织转变以前就已经产生了，而组织应力则是在组织转变过程中产生的，在整个冷却过程中，扰爪力与组织应力综合作用的了局，就是工件中现实存在的应力
。

这两种应力综合作用的了局是极度复杂的，受着很多成分的影响，如成分、状态、热处置工艺等
。就其发展过程来说只有两种类型，即扰爪力和组织应力，作用方向相反时二者抵消，作用方向一样时二者相互迭加
。不论是相互抵消还是相互迭加，两个应力应有一个占主导成分，扰爪力占主导职位时的作用了局是工件心部受拉，表表受压
。组织应力占主导职位时的作用了局是工件心部受压表表受拉
。

热处置当力对淬火裂纹的影响

存在于淬火件分歧部位上能引起应力集中的成分(蕴含冶金缺点在内)，对淬火裂纹的产生都有推进作用，但只有在拉应力场内(尤其是在最大拉应力下)才会阐发出来，若在压应力场内并无促裂作用
。

淬火冷却速度是一个能影响淬火质量并决定残存应力的沉要成分，也是一个能对淬火裂纹赋于沉要甚至决定性影响的成分
。为了达到淬火的主张，通常必须加快零件在高温段内的冷却速度，并使之超过钢的临界淬火冷却速度能力得到马氏体组织
。

就残存应力而论，这样做由于能增长抵消组织应力作用的扰爪力值，故能削减工件表表上的拉应力而达到抑造纵裂的主张
。其成效将随高温冷却速度的加快而增大
。并且，在能淬透的情况下，截面尺寸越大的工件，固然现实冷却速度更缓，开裂的危险性却反而愈大
。这所有都是由于这类钢的扰爪力随尺寸的增大现实冷却速度减慢，扰爪力减幼，组织应力随尺寸的增大而增长，最后形成以组织应力为主的拉应力作用在工件表表的作用特点造成的
。并与冷却愈慢应力愈幼的传统观点天壤之别
。

对这类钢件而言，在正常前提下淬火的高淬透性钢件中只能形成纵裂
。预防淬裂的靠得住准则是设法尽量减幼截面内表马氏体转变的不等时性
。仅仅尝试马氏体转变区内的缓冷却不及以预防纵裂的形成
。通常情况下只能产生在非淬透性件中的弧裂，虽以整体急剧冷却为必要的形成前提，但是它的真正形成原因，却不在急剧冷却(蕴含马氏体转变区内)自身，而是淬火件部门地位(由几何结构决定)，在高温临界温度区内的冷却速度显著减缓，因而没有淬硬所致
。

产生在大型非淬透性件中的横断和纵劈，是由以扰爪力为重要成份的残存拉应力作用在淬火件中心，而在淬火件末淬硬的截面中心处，首先形成裂纹并由内往表扩大而造成的
。为了预防这类裂纹产生，往往使用水--油双液淬火工艺
。在此工艺中执行高温段内的急剧冷却，主张仅仅在于确保表层金属得到马氏体组织，而从内应力的角度来看，这时快冷有害有害
。其次，冷却后期缓冷的主张，重要不是为了降低马氏体相变的膨胀速度和组织应力值，而在于尽量减幼截面温差和截面中心部位金属的收缩速度，从而达到减幼应力值和最终抑造淬裂的主张
。

残存压应力对工件的影响

渗碳表表强化作为提高工件的委顿强度的步骤利用得很宽泛的原因
。一方面是由于它能有效的增长工件表表的强度和硬度，提高工件的耐磨性，另一方面是渗碳能有效的改善工件的应力散布，在工件表表层获得较大的残存压应力，提高工件的委顿强度
。若是在渗碳后再进行等温淬火将会增长表层残存压应力，使委顿强度得到进一步的提高
。有人对35SiMn2MoV钢渗碳后进行等温淬火与渗碳后淬火低温回火的残存应力进行过测试：

从上表的测试了局能够看出等温淬火比通常的淬火低温回火工艺拥有更高的表表残存压应力
。等温淬火后即便进行低温回火，其表表残存压应力，也比淬火后低温回火高
。因而能够得出这样一个结论，即渗碳后等温淬火比通常的渗碳淬火低温回火获得的表表残存压应力更高，从表表层残存压应力对委顿抗力的有利影响的概想来看，渗碳等温淬火工艺是提高渗碳件委顿强度的有效步骤
。

渗碳淬火工艺为什么能获得表层残存压应力?渗碳等温淬火为什么能获得更大的表层残存压应力?

其重要原因有两个：一个原因是表层高碳马氏体比容比心部低碳马氏体的比容大，淬火后表层体积膨胀大，而心部低碳马氏体体积膨胀幼，造约了表层的自由膨胀，造成表层受压心部受拉的应力状态
。

而另一个更沉要的原因是高碳过冷奥氏体向马氏体转变的起头转变温度(Ms)，比心部含碳量低的过冷奥氏体向马氏体转变的起头温度(Ms)低
。这就是说在淬火过程中往往是心部首先产生马氏体转变引起心部体积膨胀，并获得强化，而表表还末冷却到其对应的马氏体起头转变点(Ms)，故仍处于过冷奥氏体状态拥有优良的塑性，不会对心部马氏体转变的体积膨胀起严沉的压造作用
。

随着淬火冷却温度的不休降落使表层温度降到该处的(Ms)点以下，表层产生马氏体转变，引起表层体积的膨胀
。但心部此时早已转变为马氏体而强化，所以心部对表层的体积膨胀将会起很大的压造作用，使表层获得残存压应力
。而在渗碳后进行等温淬火时，当等温温度在渗碳层的马氏体起头转变温度(Ms)以上，心部的马氏体起头转变温度(Ms)点以下的适当温度等温淬火，比陆续冷却淬火更能保障这种转变的先后挨次的特点(即保障表层马氏体转变仅仅产生于等温后的冷却过程中)
。

当然渗碳后等温淬火的等温温度和等温功夫对表层残存应力的大幼有很大的影响
。有人对35SiMn2MoV钢试样渗碳后在260℃和320℃等温40分钟后的表表残存应力进行过测试，发此刻260℃等温比在320℃等温的表表残存应力要逾越一倍多，可见表表残存应力状态对渗碳等温淬火的等温温度是很敏感的
。

不仅等温温度对表表残存压应力状态有影响，并且等温功夫也有肯定的影响
。有人对35SiMn2V钢在310℃等温2分钟，10分钟，90分钟的残存应力进行过测试
。2分钟后残存压应力为-20kg/mm，10分钟后为-60kg/mm，60分钟后为-80kg/mm，60分钟后再耽搁等温功夫残存应力变动不大
。

从上面的会商批注，渗碳层与心部马氏体转变的先后挨次对表层残存应力的大幼有沉要影响
。渗碳后的等温淬火对进一步提高零件的委顿寿命拥有普遍意思
。

此表能降低表层马氏体起头转变温度(Ms)点的表表化学热处置如渗碳、氮化、氰化等都为造成表层残存压应力提供了前提，如高碳钢的氮化--淬火工艺，由于表层，氮含量的提高而降低了表层马氏体起头转变点(Ms)，淬火后获得了较高的表层残存压应力使委顿寿命得到提高
。又如氰化工艺往往比渗碳拥有更高的委顿强度和使用寿命，也是因氮含量的增长可获得比渗碳更高的表表残存压应力之故
。

此表，从获得表层残存压应力的合理散布的概想来看，单一的表表强化工艺不容易获得梦想的表层残存压应力散布，而复合的表表强化工艺则能够有效的改善表层残存应力的散布
。

如渗碳淬火的残存应力通常在表表压应力较低，最大压应力则呈此刻离表表肯定深度处，并且残存压力层较厚
。氮化后的表表残存压应力很高，但残存压应力层很浅，往里急剧降落
。若是选取渗碳-氮化复合强化工艺，则可获得更合理的应力散布状态
。因而表表复合强化工艺，如渗碳--氮化，渗碳--高频淬火等，都是值得器沉的方向
。

结论

1、热处置过程中产生的应力是不成预防的，并且往往是有害的
。但我们能够节造热处置工艺尽量使应力散布合理，就可将其有害水平降低到最低限度，甚至变有害为有利
。

2、当扰爪力占主导职位时应力散布为心部受拉表表受压，当组织应力占主导地时应力散布为心部受压表表受拉
。

3、在高淬透性钢件中易形成纵裂，在非淬透性工件中往往形成弧裂，在大型非淬透工件中容易形成横断和纵劈
。

4、渗碳使表层马氏体起头转变温度(Ms)点降落，可导至淬火时马氏体转变挨次颠倒，心部首先产生马氏体转变而后才波及到表表，可获得表层残存压应力而提高抗委顿强度
。

5、渗碳后进行等温淬火可保障心部马氏体转变充分进行以来，表层组织转变才进行
。使工件获得比直接淬火更大的表层残存压应力，可进一步提高渗碳件的疲劳强度
。

6、复合表表强化工艺可使表层残存压应力散布更合理，可显著提高工件的委顿强度
。

（起源：热家网）