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有关大棚钢管产品加工热处理的目的

作者:天津鑫鸿晟钢管有限公司 浏览: 发表时间:2019-11-25 17:19:46

        如前所述,大棚钢管热处理过程,除能形成热应力和组织应力外,由于钢件表面和心部组织结构的不均匀性以及钢件内部的弹塑性变形不一致也能形成内应力。这种内应力称为附加应力。例如,钢件表面层的脱碳或增碳;表面局部强化快速加热以及其他能导致钢件表面和心部结构组织不均的因素,均能产生热处理的附加应力。局部淬火或表面淬火时,仅在被淬火的部分形成马氏体组织,未被淬火的部分仍是原始组织,从而造成整个工件上比容的差别。在这种情况下,由于表面层马氏体的比容大引起的膨胀受到中心部分的限制,使表面受到压应力,中心受拉应力作用。大棚钢管淬火时,由于表层含碳量高,内部含碳量低,则表层和心部的相变温度(Ms点)不同,即表层较心部的相变温度低(因为含碳量愈高,钢的Ms点愈低)。因此,内部首先发生组织转变而膨胀。这时表层组织仍是奥氏体,即处于塑性状态。初期表面受拉应力的作用,心部受压应力作用。由于表层的极好塑性,在拉应力作用下易发生塑性变形而导致应力松弛,即其应力值有所减小。随后,待高碳的表层也发生马氏体转变(也相应膨胀)时,表层和中心的应力符号正好与初期相反。即表面是压应力,心部是拉应力。应当说明,最近的研究指出,由于含碳量的增加(或奥氏体中碳浓度的增加)可能引起马氏体转变量降低。***的压应力不在渗碳层的最外层,而存在于渗碳层表面以里约50~60%的深度处。此处的碳浓度低于0.5%因此,渗碳件表层压应力不是单纯的由于含碳量不同而导致比容差的结果。***还应说明,影响残余应力状态、大小及其分布的因素很多,如加热温度、冷却速度、钢件尺寸、几何形状、钢的化学成分、淬透性以及淬火前的原始组织等。因此,对淬火应力的分析是比较复杂的,必须根据具体情况进行分析。

        实践证明,为了减小钢件淬火变形,应尽量减小热处理应力;为了避免裂纹必须预防钢件中的拉应力,即淬火过程应尽可能地减少组织应力。或增加热应力也可达到同样的目的。钢件热处理时所产生的内应力对钢件的使用性能的影响、以及可能造成的变形和开裂的危险程度取决于内应力的大小和分布特点。然而,要研究热处理过程钢件内部应力的大小和分布状态,便需要掌握它的测量方法。般地说,测量残余应力有机械测试和物理测试两种方法。前者应用较多。但是机械测试法只适用形状简单且对称的钢件,如圆柱体、板、套、管形件等,不适用于形状复杂的钢件。然而,残余应力在很大程度上取决于零件的形状。所以,对于形状复杂的大棚钢管测定其残余应力是比较困难的。另外,有的零件也可用X-射线方法进行测定。我们知道,残余应力在钢件内是相对平衡的,即在任何截面上作用的应力和力距都等于零。因而,如果在具有残余应力的钢件上切去一部分,必然要使其应力状态失掉平衡。从而要引起钢件内的弹性变形或塑性变形。测得这些变形量,再经进一步计算便可以确定出残余应力值残余应力的机械测定法,可按如下三个步骤进行1)将具有残余应力的钢件,切去一部分或切断钢件内应力的联系(如钻孔、镗孔、车削等);切去后测量因破坏钢件内应力的平衡条件而引起的变形量;根据测定的变形量,计算残余应力值。应当指出,在进行切除时,应注意不使钢件发热和显现附加的塑性变形。

        淬火或淬火并低温回火后的钢,车削或镗孔是比较困难的。对于钢中的各种化学元素,如碳、硅、锰、磷、硫和些其他合金元素来说,碳的含量对钢的机械性能的影响起着主要作用。采用不同含碳量的钢制圆柱形试样在850加热后水淬,全淬透至中心也获得马氏体组织时的淬火应力。在全部淬透的情况下,同时显现热应力和组织应力。从中可以看出,表层和中心显现压应力,中间层显现拉应力。因此可以推测表层的应力分布以热应力为主,而内部则以组织应力为主。随着含碳量的增加,钢件淬火发生马氏体相变时的比容变化(膨胀量)即行增大,由此而造成的热应力减弱,组织应力的分布逐渐增强。因此,表层的压应力减小,中间层的拉应力略有下降,心部的压应力则增大。并且中间层的拉应力***值随含碳量的增加而移向表层,从而转化成以组织应力为主的分布特征。由于切向应力值较大,所以对于高碳钢来说,将是极易产生纵向裂纹的原因之许多研究和生产实践证明,由于钢材化学成分的改变,致使钢的一些特征,如淬透性及Ms点的位置等有所变化。这些变化对淬火应力有很大影响。例如,大棚钢管的含碳量增加时,其马氏体转变温度Ms点下降。从而产生的淬火应力也随之减小。对于铬镍钼结构钢其含碳量由0.3%增加到0.6%时,同样是水中淬火,其残余应力由40~50公斤/毫米降低到10~20公斤/毫米2.再如,钢的化学成分及钢件尺寸等与淬透性的关系。如果钢件未淬透时,沿钢件截面有很大的结构组织的不均匀性和比容上的差别,表层形成比容较大的马氏体,心部为比容较小的原始组织珠光体。因此,不论在水中或在油中未淬透的情况下,钢件表层为压应力,心部为拉应力,三种钢的淬火应力分布情况。低淬透性钢淬火时,淬透深度愈小,其表层的压应力值愈大,并趋向于热应力型分布。


  

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