应力与相变相互作用对马氏体淬火残余应力的影响
焊接结构2.3
（三）厚板中的残余应力
❖当厚度超过25mm时，焊接结构中除了存在着纵 向应力和横向应力外，还存在着较大的厚度方向的
应力 z 。
❖近年来的试验研究结果表明，这三个方向的内应 力在厚度上的分布极不均匀。其分布规律，对于不 同焊接工艺有较大差别
低碳钢电渣焊缝中的内应力分布
z
x
y
焊缝中心受较大的三向拉应力，其 塑性指标显著降低。
低碳钢多层焊时的内应力分布
、x 表面y 为较高的拉应力。 的数z 值较小，有可
能为压应力，亦有可能为拉应力。
大厚度合金钢接头中的残余应力分布
❖中心线上的表面横向应力比表面层以下的焊缝金
属低，其数值接近于零。表面 y 在Y轴上的分布，
在离焊趾20mm处有一峰值。 ❖这种分布规律可能与该钢的相变温度较低和焊缝 形状（较窄较深）有关。 ❖影响：最大横向残余应力存在于表面焊道下面几 层焊道中。有可能因为残余应力较大而产生延迟裂 纹，并向表面扩展。
➢当区段III恢复弹性时，其收缩受到区段I和II的拘，使
" y
扩展。
的y"分布与焊接方向、分段方法以及焊接顺序
有关。
❖当从中间向两端焊时，
" y
的分布是中心部分为压应力，
两端部分为拉应力。
❖从两端向中心部分焊接，则中心部分为拉应力，两端部
分为压应力。
❖直通焊的
"尾部是拉应力，中段压应力，起焊段由于必
质影响甚大。
钛材焊缝中的纵向应力较低，一般仅为 0.5-0.8 σs。铝材焊缝中的σx也较低，仅为 0. 6-0. 8 σs。
高强钢焊件中的最大残余拉应力不会达 到母材的屈服极限，而且残余拉应力区的宽 度可能变窄。
热处理对钢材的强度和硬度的影响
热处理对钢材的强度和硬度的影响钢材是一种常见且重要的材料，在机械制造、建筑结构、汽车工业等领域中得到广泛应用。
而热处理作为一种重要的材料处理方法，对钢材的强度和硬度有着显著的影响。
本文将介绍热处理对钢材性能的作用机制以及热处理方法的选择。
一、热处理对钢材的强度的影响钢材的强度是指其在外力作用下的抗变形能力，通常以屈服强度、抗拉强度等指标来评估。
热处理对钢材的强度有以下几方面的影响。
1. 相变过程的影响热处理中的加热和冷却过程会引发钢材的相变，其中最常见的是奥氏体相变和马氏体相变。
奥氏体相变可以增加钢材的强度，而马氏体相变则会进一步提高钢材的强度。
因此，通过调控热处理中的相变过程，可以有效提高钢材的强度。
2. 残余应力的影响热处理会导致钢材产生残余应力，这种残余应力对钢材的强度有着重要的影响。
恰当地控制热处理过程中的冷却速率和温度可以减小钢材中的残余应力，从而提高钢材的强度。
3. 晶粒尺寸的影响热处理会影响钢材的晶粒尺寸，从而影响其强度。
一般来说，细小的晶粒可以提高钢材的强度，因为细小的晶粒有更多的晶界，阻碍了位错的移动，从而提高了材料的强度。
二、热处理对钢材的硬度的影响钢材的硬度是指其抵抗局部压痕的能力，一般通过洛氏硬度或布氏硬度来进行测量。
热处理对钢材的硬度有以下几方面的影响。
1. 碳含量和晶界的影响热处理可以控制钢材中的碳含量和晶界的形成情况，从而影响钢材的硬度。
较高的碳含量和较细小的晶界会使钢材更加硬化，因为碳在钢中溶解后可以增加固溶体的硬度。
同时，晶界的存在也可以阻碍位错的滑移，进一步提高材料的硬度。
2. 冷却速率的影响在热处理中，冷却速率对钢材的硬度影响巨大。
当冷却速率较快时，钢材中会产生较多的马氏体，从而使钢材更加硬化。
因此，通过调节热处理中的冷却速率，可以有效地控制钢材的硬度。
三、热处理方法的选择根据钢材在不同工作条件下的使用要求，可以选择不同的热处理方法来达到所需的强度和硬度。
常见的热处理方法包括淬火、正火、回火等。
马氏体残余应力
马氏体残余应力马氏体残余应力是指在马氏体相变过程中，由于晶体结构的改变，产生的应力。
马氏体相变是一种固态相变过程，由高温奥氏体相向低温马氏体相转变。
在相变过程中，由于晶体结构的差异，晶格产生畸变，从而引起应力的产生。
马氏体残余应力对材料的性能和使用寿命有着重要影响。
首先，马氏体残余应力会导致材料的力学性能发生变化。
应力的存在会使材料的强度和韧性产生变化，影响材料的力学行为。
其次，马氏体残余应力还会影响材料的物理性能。
应力会导致材料的磁性、电性和导热性等物理性质发生变化。
此外，马氏体残余应力还会影响材料的耐蚀性和疲劳性能，降低了材料的使用寿命。
马氏体残余应力的产生机制主要有两个方面。
一方面是马氏体相变过程中晶体结构的差异引起的晶格畸变。
马氏体相变是一种相变过程，晶体结构由面心立方结构转变为体心立方结构。
这种晶体结构的差异会引起晶格畸变，从而产生应力。
另一方面是相变过程中的体积变化引起的宏观畸变。
马氏体相变过程中，晶体的体积会发生变化，由于晶体内部的相变是不均匀的，这种体积变化会导致宏观上的畸变，从而引起应力的产生。
马氏体残余应力的大小与相变温度、相变速度、变形程度等因素有关。
首先，相变温度的变化会影响马氏体相变的程度和速度，从而影响马氏体残余应力的大小。
其次，相变速度的变化会影响相变过程中的晶体结构和体积变化，从而影响马氏体残余应力的大小。
最后，材料的变形程度也会影响马氏体残余应力的大小。
变形程度越大，应力就越大。
马氏体残余应力的研究对于材料的设计和应用具有重要意义。
通过研究马氏体残余应力的产生机制和影响因素，可以有针对性地调控材料的性能和使用寿命。
此外，通过合理设计材料的组织结构和热处理工艺，也可以减小马氏体残余应力的大小，提高材料的性能稳定性和使用寿命。
马氏体残余应力是由马氏体相变过程中晶体结构的改变引起的应力。
马氏体残余应力对材料的性能和使用寿命有着重要影响。
研究马氏体残余应力的产生机制和影响因素，对于材料的设计和应用具有重要意义。
如何解决淬火变形和淬火裂纹的问题
如何解决淬火变形和淬火裂纹的问题淬火的定义与目的将钢加热到临界点Ac3（亚共析钢）或Ac1 （过共析钢）以上某一温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后以大于临界淬火速度的速度冷却，使过冷奥氏体转变为马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺称为淬火。
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。
钢的^透性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。
1.淬硬性与淬透性的概念淬硬性是钢在理想条件下进行淬火硬化所能达到的最高硬度的能力。
决定钢淬硬性高低的主要因索是钢的含碳量，更确切地说是淬火加热时固溶在奥氏体中的含碳量，含碳量越离，钢的淬硬性也就越高。
而钢中合金元素对淬硬性的影响不大，但对钢的淬透性却有重大影响。
淬透性是指在规定条件下，决定钢材淬硬深度和硬度分布的特性。
即钢淬火时得到淬硬层深度大小的能力，它是钢材固有的一种属性。
淬透性实际上反映了钢在淬火时，奥氏体转变为马氏体的容易程度。
它主要和钢的过冷奥氏体的稳定性有关，或者说与钢的临界淬火冷却速度有关。
还应指出：必须把钢的淬透性和钢件在具体淬火条件下的有效淬硬深度区分开来。
钢的淬透性是钢材本身所固有的属性，它只取决于其本身的内部因素，而与外部因素无关；而钢的有效淬硬深度除取决于钢材的淬透性外，还与所采用的冷却介质、工件尺寸等外部因索有关，例如在同样奥氏体化的条件下，同一种钢的淬透性是相同的，但是水淬比油淬的有效淬硬深度大，小件比大件的有效淬硬深度大，这决不能说水淬比油淬的淬透性高。
也不能说小件比大件的淬透性高。
t10a钢淬火处理硬度
T10A钢淬火处理硬度简介T10A钢是一种高碳工具钢，其主要成分为碳、硅、锰、磷、硫等元素。
该钢具有优异的耐磨性、韧性和硬度，广泛应用于刀具、弹簧和机械零件等领域。
淬火处理是提高T10A钢硬度和强度的关键工艺之一。
本文将详细介绍T10A钢淬火处理的原理、工艺和影响因素，以及如何控制淬火硬度。
一、淬火处理原理淬火是指将材料快速冷却到室温以下，以改变其组织结构和性能的热处理过程。
T10A钢淬火处理的原理主要包括以下几个方面：1.相变：T10A钢经过淬火处理后，其中的奥氏体会发生相变，转变为马氏体。
马氏体是一种具有高硬度和脆性的组织，可以提高钢材的硬度和强度。
2.冷却速率：淬火处理中的冷却速率非常重要。
较快的冷却速率可以促使奥氏体尽可能多地转变为马氏体，从而提高硬度。
过慢的冷却速率会导致相变不完全，降低硬度。
3.残余应力：淬火过程中，由于快速冷却引起的相变，会产生残余应力。
适量的残余应力可以提高材料的强度，但过大的残余应力会导致材料变形和开裂。
二、淬火处理工艺T10A钢淬火处理的工艺通常包括以下几个步骤：1.加热：将T10A钢加热到适当的温度，使其达到奥氏体化区域。
通常，加热温度为800-850摄氏度。
2.保温：在加热到适当温度后，保持一定时间，使钢材的温度均匀分布，以便后续的淬火处理。
3.淬火：将加热保温后的钢材迅速冷却到室温以下。
常用的淬火介质包括水、油和盐等。
不同的淬火介质会影响淬火硬度和组织结构。
4.回火：淬火处理后的马氏体组织非常脆性，需要经过回火处理来降低脆性，提高韧性。
回火温度一般为150-300摄氏度，时间根据需要进行调整。
三、影响淬火硬度的因素T10A钢淬火硬度受多种因素的影响，主要包括以下几个方面：1.材料成分：T10A钢的碳含量较高，碳含量越高，淬火后的硬度越高。
同时，合理的合金元素添加也可以增加淬火硬度。
2.加热温度：加热温度的选择对淬火硬度有重要影响。
过高的加热温度会导致晶粒长大，降低硬度。
残余应力的产生与消除
残余应力的产生与消除残余应力的产生、释放与测量一、残余应力的产生产生残余应力的原因归结为三类：一是不均匀的塑性变形;二是不均匀的温度变化；三是不均匀的相变。
根据产生残余应力机理的不同，可将其分为热应力和组织应力，车轴热处理后的残余应力是热应力与组织应力的综合作用结果。
由于构件内、外部温度不均，引起材料的收缩与膨胀而产生的应力称为“热应力”。
热应力是由于快速冷却时工件截面温差造成的，淬火冷却速度与工件截面尺寸共同决定了热应力的大小。
在相同冷却介质的情况下，淬火加热温度越高、截面尺寸越大、钢材热导率和线膨胀系数越大，均能导致淬火件内外温差增大，热应力越大。
而加工过程中，由工件内外组织转变的时刻不同多引起的内应力成为“组织应力”。
淬火时，表层材料先于内部开始马氏体的相变，并引起体积膨胀，由于表层的体积膨胀受到未转变的心部的牵制，于是在试样表层产生压应力，心部产生拉应力。
随着冷却的进行，心部体积膨胀有收到表层的阻碍。
随着心部马氏体相变的体积效应逐渐增大，在某个瞬间组织应力状态暂时为零后，式样的组织应力发生反向，最终形成表层为拉应力而心部为压应力的应力状态。
组织应力大小与钢的含碳量、淬火件尺寸、在马氏体转变温度范围内的冷却速度、钢的导热性及淬透性、加热温度、保温时间等因素有关。
二、残余应力的释放针对工件的具体服役条件，采取一定的工艺措施，消除或降低对其使用性能不利的残余拉应力，有时还可以引入有益的残余压应力分布，这就是残余应力的调整问题。
通常调整残余应力的方法有：①自然时效把工件置于室外，经气候、温度的反复变化，在反复温度应力作用下，使残余应力松弛、尺寸精度获得稳定。
一般认为，经过一年自然时效的工件，残余应力仅下降2%～10%，但工件的松弛刚度得到了较大地提高，因而工件的尺寸稳定性很好。
但由于时效时间过长，一般不采用。
②热时效热时效是传统的时效方法，利用热处理中的退火技术，将工件加热到500～650℃进行较长时间的保温后再缓慢冷却至室温。
3Cr2Mo钢马氏体相变塑性及应力对其相变动力学的影响
力 屈 服 和 额 外 塑 性 变 形。 相 变 塑 性 最 常 用 的 是 tp Greenwood-Johnson 模型［2］ ， 即 ε = K珚 σf （ 2 － f ） ， 式中
tp 珚 K 是相变塑性模 ε 是相变塑性应 变， σ 是 等 效 应 力，
型参数， 它是应力状态的函数， 通常由实验测定， 并且 不同钢种和不同相变有不同规律 。 相关研究工作在 20 世纪 80 年代开始， 迄今已取 得了一些重 要 进 展 。 如 Denis 研 究 了 共 析 钢 在 冷 却 过程中的温度 -应力 -相 变 耦 合 关 系， 建立了应力对珠 光体和 马 氏 体 相 变 动 力 学 影 响 的 模 型 Taleb
Abstract ： Transformation plasticity and effects of stress on martensitic transformation kinetics in 3Cr2Mo steel were studied by dilatometric experiments under different applied tensile and compressive stress． Results show that transformation plasticity coefficient K in the Greenwood-Johnson model increases with increasing equivalent stress ， and the coefficient α in Koistinen-Marburger equation of martensitic which has no obvious relationship with the stress state． The M S temperature is in the range of 410transformation kinetics is about 0. 0236 ， 438 ℃ ， and increases with increase of equivalent stress． Key words ：3Cr2Mo steel ； martensitic transformation kinetics ； transformation plasticity ； transformation strain
热处理后的残余应力及其影响作用
热处理后的残余应力及其影响作用热处理残余应力是指工件经热处理后最终残存下来的应力,对工件的形状,尺寸和性能都有极为重要的影响。
当它超过材料的屈服强度时,便引起工件的变形,超过材料的强度极限时就会使工件开裂,这是它有害的一面,应当减少和消除。
但在一定条件下控制应力使之合理分布,就可以提高零件的机械性能和使用寿命,变有害为有利。
分析钢在热处理过程中应力的分布和变化规律,使之合理分布对提高产品质量有着深远的实际意义。
例如关于表层残余压应力的合理分布对零件使用寿命的影响问题已经引起了人们的广泛重视。
一、钢的热处理应力工件在加热和冷却过程中,由于表层和心部的冷却速度和时间的不一致,形成温差，就会导致体积膨胀和收缩不均而产生应力,即热应力。
在热应力的作用下,由于表层开始温度低于心部,收缩也大于心部而使心部受拉,当冷却结束时，由于心部最后冷却体积收缩不能自由进行而使表层受压心部受拉。
即在热应力的作用下最终使工件表层受压而心部受拉。
这种现象受到冷却速度,材料成分和热处理工艺等因素的影响。
当冷却速度愈快,含碳量和合金成分愈高,冷却过程中在热应力作用下产生的不均匀塑性变形愈大,最后形成的残余应力就愈大。
另一方面钢在热处理过程中由于组织的变化即奥氏体向马氏体转变时,因比容的增大会伴随工件体积的膨胀,工件各部位先后相变，造成体积长大不一致而产生组织应力。
组织应力变化的最终结果是表层受拉应力,心部受压应力,恰好与热应力相反。
组织应力的大小与工件在马氏体相变区的冷却速度,形状,材料的化学成分等因素有关。
实践证明,任何工件在热处理过程中,只要有相变,热应力和组织应力都会发生。
只不过热应力在组织转变以前就已经产生了，而组织应力则是在组织转变过程中产生的,在整个冷却过程中,热应力与组织应力综合作用的结果,就是工件中实际存在的应力。
这两种应力综合作用的结果是十分复杂的,受着许多因素的影响,如成分、形状、热处理工艺等。
就其发展过程来说只有两种类型,即热应力和组织应力,作用方向相反时二者抵消,作用方向相同时二者相互迭加。