相变应力是指热处理过程中由于工件各部位相转变的不同时性所引起的应力，又称组织应力。

淬火快冷时，当表层冷至Ms点，即产生马氏体转变，并引起体积膨胀。但由于受到还 没进行转变的心部的阻碍，使表层产生压应力，而心部则为拉应力，应力足够大时，即会引起变形。当心部冷至Ms点时，也要进行马氏体转变，并体积膨胀，但由于受到已经转变的 塑性低、强度高的表层的牵制，因此其最后的残余应力将呈表面受拉，心部受压。由此可见，相变应力的变化情况及最后状态，恰巧与热应力相反。而且由于相变应力产生于塑性较低的低温下，此时变形困难，所以相变应力更易于导致工件的开裂。

影响相变应力大小的因素很多，钢在马氏体转变温度范围的冷却速度越快、钢件的尺寸越大、钢的导热性越差、马氏体的比体积越大，其相变应力就越大。另外，相变应力还与钢的成分、钢的淬透性有关，例如，高碳髙合金钢由于含碳量高而增大马氏体的比体积，这本应增加钢的相变应力，但随着含碳量升高而使Ms点下降，又使淬火后存在着大量残余奥氏体，其体积膨胀量减小，残余应力就低。

（2）淬火时工件的变形

淬火时，工件发生的变形主要有两类：一类是工件几何形状的变化，它表现为尺寸及外形的变化，常称为翘曲变形，是淬火应力所引起的；另一类是体积变形，它表现为工件体积按比例胀大或缩小，是相变时的比体积变化所引起的。

翘曲变形又包括形状变形和扭曲变形。扭曲变形主要是加热时工件在炉内放置不当，或者淬火前经变形校正后没有定型处理，或者是由于工件冷却时工件各部位冷却不均匀所造成的。这种变形可以针对具体情况分析解决。下面主要讨论体积变形和形状变形。

1)淬火变形的原因及其变化规律

?组织转变引起的体积变形 工件在淬火前的组织状态一般为珠光体型，即铁素体和渗碳体的混合组织，而淬火后为马氏体型组织。这些组织的比体积不同，将引起淬火前后体积变化，从而产生变形。但这种变形只按比例使工件胀缩，因而不改变工件形状。

另外，热处理后组织中的马氏体量越多，或者马氏体中含碳量越高，则其体积膨胀就越多，而如残余奥氏体量越多，则体积膨胀就越少。因此热处理时可以通过控制马氏体和残余輿氏体的相对含量来控制其体积变化，如控制得当，可使其体积旣不膨胀，也不缩小。

?热应力引起的形状变形 热应力引起的变形发生在钢件屈脤强度较低、塑性较高、而表面冷却快、工件内外温差最大的髙温区。此时瞬时热应力为表面张应力和心部压应力， 由于这时心部温度高，屈服强度比表面低得多，因此表现为在多向压应力作用下的变形，即立方体向呈球形方向变化。其结果是尺寸较大的一方缩小，而尺寸较小的一方则胀大。例如长圆柱体长度方向缩短，直径方向胀大。

?组织应力引起的形状变形 组织应力引起的变形也产生在早期组织应力最大的时刻。此时截面温差较大，心部温度较髙，仍处于奥氏体状态，塑性较好，屈服强度较低。瞬时组织应力是表面压应力和心部拉应力。因此变形表现为心部在多向拉应力作用下的拉长，其结果是在组织应力作用下，工件中尺寸较大的一方伸长，而尺寸较小的一方缩短。例如长圆柱体组织应力引起的变形是长度伸长，直径缩小。

表5.3为各种典型钢件的淬火变形规律。

淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或下贝氏体组织，然后配合以不同温度的回火，以大幅提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。也可以通过淬火满足某些特种钢材的铁磁性、耐蚀性等特殊的物理、化学性能。

钢件在有物态变化的淬火介质中冷却时，其冷却过出一般分为以下三个阶段：?蒸汽膜阶段、沸腾阶段、对流阶段。

淬硬性和淬透性是表征钢材接受淬火能力大小的两项性能指标，它们也是选材、用材的重要依据。

2）影响淬火变形的因素

影响悴火变形的因素主要为钢的化学成分、原始组织、零件的几何形状及热处理工艺等。

（3）淬火裂纹

零件产生裂纹主要发生在淬火冷却的后期，即马氏体相变基本结束或完全冷却后，因零件中存在的拉应力超过钢的断裂强度而引起脆性破坏。裂纹通常垂直于最大拉伸变形方向，因此零件产生不同形式的裂纹主要取决于所受的应力分布状态。

常见的淬火裂纹的类型：纵向（轴向）裂纹主要在切向的拉伸应力超过该材料的断裂强度时产生；当在零件内表面形成的大的轴向拉应力超过材料断裂强度时形成横向裂纹 ；网状裂纹是在表面二向拉伸应力作用下形成的；剥离裂纹产生在很薄的淬硬层内，当应力发生急剧改变并在径向作用着过大拉应力时将可能产生这种裂纹。 2/3 首页上一页123下一页尾页