现代表面技术——表面3.ppt

1、,第2页，共 19页,1.2 相变强化表面技术中两个重要问题：,课堂小实验： 相变强化表面,强化层用锯条代表, 淬火+低温回火处理; 测定硬度与韧性,原因分析: 方法? 断口粗细实质反映马氏体粗细; 问题1：决定马氏体粗细因素？,结论： M的粗细由A晶粒粗细决定.,第3页，共 19页,问题2: 为何粗奥氏体晶粒淬火得到马氏体脆? 相变的基本规律决定的.,结论:相变强化表面时,需要控制 母相(奥氏体)晶粒度. 控制加热温度；有些表面加热技术 温度难于测定，必须设法控制,实例：水轮机叶片断裂问题,第4页，共 19页,四川某企业为大朝山电站提供水轮机叶片. GE公司设计图;240小时13片叶片断裂.

2、 首先分析断口,ZG06Cr13Ni6Mo,问题：疲劳源多说明什么问题？,第4页，共 19页,试验分析: 材料成分与金相组织分析；何种组织？ 测定材料疲劳强度320MPa 材料的抗拉强度 790MPa 设计工作应力:140-200MPa,问题：组织合格仍破坏何种因素影响？,推测：外加应力过高?估计工作状态下的应力？.,方法：根据疲劳断口粗略估算工作应力,第4页，共 19页,疲劳断口:疲劳源、疲劳扩展区、瞬时断裂区; 哪种零件所受外加应力高？,瞬时断裂区形成: 裂纹不断扩展,剩余面积减少,外力除以剩余面积得到的应力,达到材料断裂强度断裂.,估算:工作应力约500 MPa;,第4页，共 19页,实

3、测: 残余应力180MPa还有共振应力.,叶片制造过程中约300MPa残余应力,重要观点: 成分、组织结构、残余应力共同作用决定材料性能许多 材料加工技术均存在残余应力（焊接、铸造、锻造）,结论：利用相变原理设计的表面改性工艺，必然产 生残余应力，必须分析。,估算:工作应力约500 MPa;,叶片制造过程中约300MPa残余应力,实测: 残余应力180MPa还有共振应力.,估算:工作应力约500 MPa;,叶片制造过程中约300MPa残余应力,1.3 相变强化时残余应力分析(定性;粗略) 一.热应力 产生原因:因为在淬火冷却过程中,工件内外“热 胀冷缩” 不同 时产生的应力,问题：相变强化中残

4、余应力预测或者控制？,圆柱样品不发生M相变 哪条曲线表面？心部？,表层冷速：先快后慢 心部冷速：先慢后快,热应力形成残余应力分析,冷却初期：表层收缩变形受到心部抵制。 1）表面心部何种应力？ 2）是否会形成残余应力保留 到室温？,冷却后期：表层不变形；心部收缩受到表层抵制。 1）表面心部何种应力？ 2）是否会形成残余应力保留 到室温？,热应力（写黑板与组织对比） 冷却初期 冷却后期 表层变型 表层冷缩 基本不变 心部变型 基本不变 心部冷缩 表面应力 拉应力 压应力 心部应力 压应力 拉应力,热应力形成残余应力特点： 表面压应力、心部拉应力 心部轴向拉应力最大 3. 内外温差越大，应力也越大,

5、讨论题,问题2:冷速相同，工件尺寸增加;热应力引起的残余应力上升? 下降?,问题3:合金钢;碳钢(40CrNiMo;40) 尺寸与冷速相同.哪种热应力大?,问题1:工件尺寸相同冷速快;热应力引起的残余应力上升?下降?,二 .组织应力,产生原因: 奥氏体转变为马氏体时体积要膨胀，冷却时表面与心部不同时膨胀引起应力. (热应力“热胀冷缩”不同时引起,组织应力“热缩冷胀”不同时引起; ）,表面与心部哪个区域先转变M？,表组织应力与热应力状态恰好相反,组织应力 冷却开始 冷却后期 表层变化 表层膨胀 基本不变 心部变化 基本不变 心部膨胀 表面应力 压应力 拉应力 心部应力 拉应力 压应力 结论:组织应力形成的残余应力特点是表面拉应力,心部压应力.是三维应力,表面切向拉应力最大.,总结：,第4页，共 19页,热应力形成残余应力特点：表面压应力，心部拉应力 心部轴向拉应力最大。,组织应力形成残余应力特点：表面啦应力，心部压应力，表面切向拉应力最大。,冷却初期产生的应力使零件料变形，一般不会形成残余应力 冷却后期的应力形成残余应力，或使零件断裂。,作业: 1.仿照热应力产生原因的分析方法,画圆柱型图说明为什么组织应力造成残余应力的特点是:表面拉应力,心部压应力? 2.下图是Fe-N平衡相图.分析含N为8.75(at%) Fe-N合金,加热到