热处理内应力-热应力和组织应力

工件在加热和冷却过程中，由于热胀冷缩和相变时新旧相比体积差异而发生体积变化，由于工件表层和心部存在温度差和相变非同时发生以及相变量的不同，致使表层和心部的体积变化不能同步进行，因而产生内应力。按照内应力的成因可将其分为热应力和组织应力。

⒈热应力
热应力是指由表层与心部的温度差引起的胀缩不均匀而产生的内应力。根据圆柱体试样在加热和冷却时的内应力变化情况。

加热初期，表层温度较高，热膨胀大，但受到温度较低的心部的牵制，于是在试样表层产生压应力，心部为拉应力。继续升温时，此应力值随着心部和表层温度的减小而降低，直至减小到零，继而发生应力反向。由于材料的屈服强度随温度的升高而降低，而内应力超过屈服强度时，将引起塑性变形使内应力得以松弛。因此，加热时产生的内应力将对工件的影响较小。但是对于导热性差的高合金钢，例如，Cr12、Cr12MoV、DC53、VIKING、8418、S136、W18Cr4V、ORVAR SUPREME、QRO 90 SUPREME、SLEIPNER等工具钢，仍需采用多次预热或缓慢加热，以免产生过大的热应力，导致工件的严重变形和开裂而报废。

冷却时情况则相反，开始时表层由于先冷却而发生大于心部的收缩，由于心部的限制，表层产生拉应力，而温度较高强度较低的心部则受压应力，当应力超过心部的屈服强度时，心部发生塑性变形使内应力得到部分松弛。这种内应力随着冷却的继续进行先是随心部和表面温度差的增大而增大，www.hongchao-dg.cn但当表层温度接近室温或冷却介质的温度时，心部以相对快的速度开始冷却而收缩，结果工件内形成与冷却初期阶段方向相反的内应力，这两种内应力先是互相抵消，无论是心部还是表面都不会发生冷却开始时那样大的塑性变形，如果不发生相变，冷却结束时，最终的残余热应力为表面受压应力，心部受拉应力。

⒉组织应力
组织应力起因于相变引起的比体积变化。根据圆柱体钢样在淬火过程中，发生马氏体相变时组织应力的变化情况。淬火时，马氏体相变总是开始于表面然后向心部扩展，发生了马氏体相变的表层因其体积膨胀必然对尚处于奥氏体的心部施以拉应力，而其本身则因心部的限制而受压应力，压应力的峰值随相变的进行向心部移动。由于奥氏体具有良好的塑性和很低的屈服强度，因此，相变应力必将引起处于奥氏体状态的心部发生塑性变形，随后当心部温度降低到Ms点而发生马氏体相变时，伴随的体积膨胀由于受到已转变成马氏体的坚硬的表层的阻碍，产生了与前述应力相反的组织应力，随着心部马氏体相变的进行，组织应力发生反向，最终形成了表层为拉应力，心部为压应力的残余组织应力。

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