車輪鍛件在冷卻時(shí)的應(yīng)力有哪幾種？

       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。

       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。