38CrMoAl合金钢表面淬火工件的残余应力

工程上常用的表面淬火方法主要有高频淬火和火焰淬火两种，经这两种方法淬火的工件具有相似的残余应力分布。根据圆柱体钢样高频淬火时残余应力形成机理以及感应加热终了后的状态，例如钢的原始组织为珠光体，则一方面表层转变为奥氏体时体积要收缩，另一方面温度升高表层体积要膨胀，不论是膨胀还是收缩，由于受到未被加热的心部的牵制，都会导致表层的塑性变形使本该产生的应力得到松弛。根据冷却终了后的状态，此时心部仍然没有任何变化，但加热后受到急冷的表层却因马氏体相变而发生膨胀（或收缩）那样，也受到心部的牵制，如果假想表层和心部可以分离，那么在两者之间一定会形成间隙。但是，表层和心部实际上是不能分离的，结果是本来要膨胀的淬过火的表层因受到来自内侧的牵制而产生压应力，心部则形成拉应力。

 

高频淬火的残余应力的大小和分布与淬火层的深度和硬度分布、工件尺寸、加热和冷却规范等许多因素有关。淬火层深度对残余压应力的分布有显著影响，随淬火硬化层深度的增大，表层残余压应力增大，淬火层下大的拉应力峰向中心移动；但当淬火层深度超过一定值后，表层的残余压应力又随淬火层深度的增加而降低。对于中小尺寸的钢件，当淬火层总深度为工件半径的10%～20%时，其残余应力的分布为有利。对于大型零件来说，该比例可能要小些，但一般只要淬火层总深度不超过钢的淬透性时，就能得到有利的残余应力分布。

 

淬火层深度有相同时，表层的残余压应力随着工件尺寸的增大而增大，而未淬火的心部拉应力则降低。沿淬火层深度上的硬度分布太陡和太缓，对残余应力的分布均有不利的影响，硬度分布太陡，拉应力的大值向表面趋近，虽然表面具有益的压应力，但对强化零件的安全作用却减小，因为破坏往往起始于淬火层下的大的拉应力处。硬度分布过缓，虽然危险的拉应力值较小，并向心部移动；但是，有益的表面压应力却也随之降低了。因此，一般认为高频淬火过渡区的宽度宜为淬火层深度的20%～30%。

 

在局部表面加热淬火时，淬火区内残余应力沿层深的分布符合通常感应加热淬火残余应力的分布规律，表面为残余压应力，残余压应力层的深度淬火硬化层的深度相当。在淬火区与未淬火区的交界处附近，表面的残余压应力减小，压应力层的深度变薄，甚至表面形成残余拉应力。例：Cr12型马氏体不锈钢板状试样，经局部高频淬火后，残余内应力的分布情况，可以看出，距淬火区外3㎜处（测点3），表面残余应力已接近衰减为零，只有约－20MPa，层下仅4μm处，即转化为残余拉应力，沿层深主要呈拉应力型分布。该区的存在降低了钢件的疲劳强度和应力腐蚀抗力，应给予充分重视。