大型皮帶機(jī)主軸熱處理質(zhì)量控制

王曄

摘要：皮帶機(jī)主傳動(dòng)軸是皮帶機(jī)中性能要求較高的零件，在工作過程中要承受復(fù)雜載荷如扭轉(zhuǎn)、彎曲、拉壓、沖擊等作用，主軸的良好性能是保證皮帶機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的主要條件之一。文章通過對(duì)皮帶機(jī)工藝處理過程中，淬火加熱時(shí)的應(yīng)力及材料回火的應(yīng)力兩方面分析，找出產(chǎn)生質(zhì)量問題的原因，并制定出相應(yīng)的質(zhì)量控制措施。

關(guān)鍵詞：皮帶機(jī)主軸；質(zhì)量控制；淬火回火

中圖分類號(hào)：TD235 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）16-0085-02

皮帶機(jī)一直以來都是我廠主打產(chǎn)品之一，近年來，我廠承接了一大批大型皮帶機(jī)生產(chǎn)任務(wù)。在這些大型皮帶機(jī)上其主要傳動(dòng)軸直徑普遍超過300mm，長(zhǎng)度超過3000mm，在對(duì)此類主軸質(zhì)量的控制中，我廠通過多次的探索總結(jié)了一些實(shí)用的方法。

皮帶機(jī)主軸屬于傳動(dòng)件，在工作過程中要承受復(fù)雜載荷（如扭轉(zhuǎn)、彎曲、拉壓、沖擊等）的作用，并經(jīng)受強(qiáng)烈摩擦，是皮帶機(jī)中性能要求較高的零件。因此，必須對(duì)該軸的機(jī)械性能進(jìn)行強(qiáng)化處理，即調(diào)質(zhì)熱處理。調(diào)質(zhì)能使零件獲得良好的綜合力學(xué)性能，能夠提高零件的強(qiáng)度、塑性和韌性。

由于皮帶機(jī)主軸的直徑較大，長(zhǎng)度較長(zhǎng)，在調(diào)質(zhì)淬火時(shí)表面與心部冷卻速度冷卻順序和冷卻速度的差異，使表面和心部存在溫度和組織差異，產(chǎn)生了熱應(yīng)力和組織壓力。如果主軸內(nèi)部存有少許組織缺陷，很容易造成淬火斷裂和彎曲變形，一旦造成斷裂或嚴(yán)重彎曲變形，帶來的后果一方面是工件報(bào)廢，給生產(chǎn)帶來重大損失，另一方面如果出現(xiàn)隱性內(nèi)裂現(xiàn)象，可能會(huì)存在巨大安全隱患，甚至造成機(jī)毀人亡的事故。因此必須對(duì)大型皮帶機(jī)主軸熱處理的質(zhì)量控制。

1 產(chǎn)生質(zhì)量問題的原因分析

從材料學(xué)的觀點(diǎn)看，工件之所以產(chǎn)生裂紋、斷裂和彎曲變形現(xiàn)象除了工件材質(zhì)存在雜質(zhì)、氣孔、組織不均勻等缺陷外，主要由于材料所承受的應(yīng)力超過了材料本身的破斷抗力。因此，我們從熱處理淬火加熱時(shí)的應(yīng)力及材料回火的應(yīng)力兩方面分析：

1.1 淬火應(yīng)力

大型工件熱處理淬火過程中的應(yīng)力主要由熱應(yīng)力、組織應(yīng)力及由于截面上轉(zhuǎn)變組織比容不同引起的應(yīng)力。

（1）熱應(yīng)力是在熱處理過程中，工件表面和中心由于加熱或冷卻速度不一，導(dǎo)致體積膨脹不均勻而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。對(duì)于大型軸類工件，從高溫快速冷卻時(shí)表面冷卻得快，心部冷卻得慢，內(nèi)外存在較大的溫差。由于表面先冷必然收縮，而心部有較高溫度比熱阻止其收縮，即心部使表面受拉，表面對(duì)心部產(chǎn)生壓力。但是，鋼在高溫塑性階段屈服強(qiáng)度低，塑性變形后應(yīng)力將得到松弛，當(dāng)外部先進(jìn)入彈性階段形成冷硬外殼后，將對(duì)心部收縮產(chǎn)生阻礙作用。這時(shí)工件中的熱應(yīng)力將發(fā)生改變，表面由原來的受拉轉(zhuǎn)變?yōu)槭軌?，心部則由受壓轉(zhuǎn)變?yōu)槭芾?，而且隨著冷卻的繼續(xù)進(jìn)行不斷增大，于是形成了殘余熱應(yīng)力。

（2）組織應(yīng)力是鋼在淬火冷卻時(shí)，由于表面冷卻的快先發(fā)生組織轉(zhuǎn)變（膨脹），中心或冷卻較慢的部分后發(fā)生組織轉(zhuǎn)變（亦膨脹），從而造成體積轉(zhuǎn)變的不等時(shí)性所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。以軸類工件為例，當(dāng)淬火時(shí)，工件從高溫急冷，表面先組織轉(zhuǎn)變即膨脹，未發(fā)生組織轉(zhuǎn)變的心部將阻礙其膨脹，因而表面受壓心部受拉。由于這時(shí)心部溫度較高而且處于奧氏體狀態(tài)，塑性較好將發(fā)生不均勻的塑性變形使應(yīng)力松弛。繼續(xù)冷卻，心部發(fā)生組織轉(zhuǎn)變并膨脹時(shí)，表面形成的彈性外殼將阻礙心部膨脹轉(zhuǎn)而受壓，表面受拉，形成殘余組織應(yīng)力。

（3）組織比容差異引起的應(yīng)力，大型工件由于截面較大，不容易完全淬透，往往只淬透一定深度的表層，這樣就產(chǎn)生了沿截面上組織比容差異引起的應(yīng)力。完全淬為馬氏體的層深距表面不過10mm左右，馬氏體消失一般都在25～50mm以內(nèi)。

由于組織轉(zhuǎn)變的比容不同，以及在隨后冷卻過程中殘余奧氏體的分解，便形成了表面馬氏體層受壓，心部受拉的殘余應(yīng)力。

大型工件淬火后的殘余應(yīng)力是以上三種應(yīng)力的疊加，淬火應(yīng)力屬于熱應(yīng)力型的，最大淬火拉應(yīng)力峰值位于圓形截面的中心區(qū)或壁厚的1/2處。

由于以上幾種應(yīng)力的存在和相互作用，大型皮帶機(jī)主軸很容易出現(xiàn)彎曲變形，甚至斷裂、內(nèi)裂等現(xiàn)象。

1.2 淬火后回火

工件淬火后，一般要進(jìn)行回火處理，回火加熱的升溫速度控制也相當(dāng)重要。因?yàn)榻孛娲蟮墓ぜ砻嫦仁軣崤蛎?，心部仍是受熱慢不膨脹，這時(shí)工件又處于低溫彈性狀態(tài)，因此加熱時(shí)內(nèi)外溫差形成的應(yīng)力仍是表面受壓，心部受拉的熱應(yīng)力。與淬火時(shí)的殘余應(yīng)力正好疊加，故此時(shí)最易使工件形成開裂，易引起工件變形。

實(shí)踐證明，在我們遇到的熱應(yīng)力型內(nèi)裂、斷裂、變形嚴(yán)重等現(xiàn)象，在探傷檢測(cè)過程中未發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重缺陷的，主要是由于淬火操作不當(dāng)或回火不及時(shí)，致使工件中殘余應(yīng)力過大所致。

2 大型皮帶機(jī)主軸熱應(yīng)力問題的預(yù)防

熱應(yīng)力型內(nèi)裂、斷裂、變形嚴(yán)重等現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因是工件淬火時(shí)的殘余應(yīng)力，材料中的缺陷是引起以上問題的輔助原因。為了預(yù)防內(nèi)裂、斷裂及嚴(yán)重變形現(xiàn)象，主要應(yīng)從降低心部拉應(yīng)力和提高材料破斷抗力兩方面加以考慮。

（1）適當(dāng)降低淬火溫度；降低淬火溫度可以減小熱應(yīng)力，對(duì)防止內(nèi)裂、斷裂、變形嚴(yán)重有利。因?yàn)榇慊饻囟仍礁?，熱?yīng)力越大，同時(shí)，加熱溫度過高也會(huì)使奧氏體晶粒粗化，使材料強(qiáng)度變低。工件出爐后淬火前適當(dāng)預(yù)冷，對(duì)解決以上問題有利。

（2）淬火時(shí)注意工件的均勻冷卻；工件在淬火冷卻時(shí)注意開啟循環(huán)水（油）泵，使工件在淬火介質(zhì)中上下緩慢移動(dòng)，均勻冷卻。

（3）工件及時(shí)回火處理；工件淬火后不及時(shí)回火將導(dǎo)致殘余應(yīng)力加劇，并隨時(shí)間的延長(zhǎng)，表層的殘余奧氏體繼續(xù)分解，進(jìn)一步加劇了內(nèi)部的拉應(yīng)力。因此，大型皮帶機(jī)主軸要及時(shí)回火。

（4）控制加熱升溫速度；控制加熱升溫速度十分重要，快速加熱會(huì)導(dǎo)致內(nèi)外溫差加劇，熱應(yīng)力增大。特別是含碳與合金元素高的大型工件，低溫階段的升溫速度要嚴(yán)加控制。一般來說，大型工件實(shí)行分段加熱，使工件外部與心部加熱均勻、同步，在350℃～450℃之間和在600℃～680℃之間工件心部和表面溫差最大，有時(shí)可能達(dá)到400℃溫差，所以一般在450℃和650℃下保溫來減小溫差，并且，在低溫階段的升溫速度要控制在30℃～70℃/之間?；鼗鸺訜釙r(shí)，因工件有很大的殘余應(yīng)力。升溫時(shí)更要注意。

（5）減少材料中的缺陷；提高材料本身的強(qiáng)度對(duì)防止淬裂、變形也起著重要的作用，為了提高材料本身的強(qiáng)度，我廠對(duì)大型皮帶機(jī)主軸在調(diào)質(zhì)之前先進(jìn)行一次正火處理，以便細(xì)化晶粒，減少組織缺陷，提高材料強(qiáng)度。

參考文獻(xiàn)

[1] 安繼儒，劉耀恒，等.熱處理工藝規(guī)范手冊(cè)[M].

[2] 夏立芳.熱處理工藝學(xué)[M].endprint

摘要：皮帶機(jī)主傳動(dòng)軸是皮帶機(jī)中性能要求較高的零件，在工作過程中要承受復(fù)雜載荷如扭轉(zhuǎn)、彎曲、拉壓、沖擊等作用，主軸的良好性能是保證皮帶機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的主要條件之一。文章通過對(duì)皮帶機(jī)工藝處理過程中，淬火加熱時(shí)的應(yīng)力及材料回火的應(yīng)力兩方面分析，找出產(chǎn)生質(zhì)量問題的原因，并制定出相應(yīng)的質(zhì)量控制措施。

關(guān)鍵詞：皮帶機(jī)主軸；質(zhì)量控制；淬火回火

中圖分類號(hào)：TD235 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）16-0085-02

皮帶機(jī)一直以來都是我廠主打產(chǎn)品之一，近年來，我廠承接了一大批大型皮帶機(jī)生產(chǎn)任務(wù)。在這些大型皮帶機(jī)上其主要傳動(dòng)軸直徑普遍超過300mm，長(zhǎng)度超過3000mm，在對(duì)此類主軸質(zhì)量的控制中，我廠通過多次的探索總結(jié)了一些實(shí)用的方法。

皮帶機(jī)主軸屬于傳動(dòng)件，在工作過程中要承受復(fù)雜載荷（如扭轉(zhuǎn)、彎曲、拉壓、沖擊等）的作用，并經(jīng)受強(qiáng)烈摩擦，是皮帶機(jī)中性能要求較高的零件。因此，必須對(duì)該軸的機(jī)械性能進(jìn)行強(qiáng)化處理，即調(diào)質(zhì)熱處理。調(diào)質(zhì)能使零件獲得良好的綜合力學(xué)性能，能夠提高零件的強(qiáng)度、塑性和韌性。

由于皮帶機(jī)主軸的直徑較大，長(zhǎng)度較長(zhǎng)，在調(diào)質(zhì)淬火時(shí)表面與心部冷卻速度冷卻順序和冷卻速度的差異，使表面和心部存在溫度和組織差異，產(chǎn)生了熱應(yīng)力和組織壓力。如果主軸內(nèi)部存有少許組織缺陷，很容易造成淬火斷裂和彎曲變形，一旦造成斷裂或嚴(yán)重彎曲變形，帶來的后果一方面是工件報(bào)廢，給生產(chǎn)帶來重大損失，另一方面如果出現(xiàn)隱性內(nèi)裂現(xiàn)象，可能會(huì)存在巨大安全隱患，甚至造成機(jī)毀人亡的事故。因此必須對(duì)大型皮帶機(jī)主軸熱處理的質(zhì)量控制。

1 產(chǎn)生質(zhì)量問題的原因分析

從材料學(xué)的觀點(diǎn)看，工件之所以產(chǎn)生裂紋、斷裂和彎曲變形現(xiàn)象除了工件材質(zhì)存在雜質(zhì)、氣孔、組織不均勻等缺陷外，主要由于材料所承受的應(yīng)力超過了材料本身的破斷抗力。因此，我們從熱處理淬火加熱時(shí)的應(yīng)力及材料回火的應(yīng)力兩方面分析：

1.1 淬火應(yīng)力

大型工件熱處理淬火過程中的應(yīng)力主要由熱應(yīng)力、組織應(yīng)力及由于截面上轉(zhuǎn)變組織比容不同引起的應(yīng)力。

（1）熱應(yīng)力是在熱處理過程中，工件表面和中心由于加熱或冷卻速度不一，導(dǎo)致體積膨脹不均勻而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。對(duì)于大型軸類工件，從高溫快速冷卻時(shí)表面冷卻得快，心部冷卻得慢，內(nèi)外存在較大的溫差。由于表面先冷必然收縮，而心部有較高溫度比熱阻止其收縮，即心部使表面受拉，表面對(duì)心部產(chǎn)生壓力。但是，鋼在高溫塑性階段屈服強(qiáng)度低，塑性變形后應(yīng)力將得到松弛，當(dāng)外部先進(jìn)入彈性階段形成冷硬外殼后，將對(duì)心部收縮產(chǎn)生阻礙作用。這時(shí)工件中的熱應(yīng)力將發(fā)生改變，表面由原來的受拉轉(zhuǎn)變?yōu)槭軌海牟縿t由受壓轉(zhuǎn)變?yōu)槭芾?，而且隨著冷卻的繼續(xù)進(jìn)行不斷增大，于是形成了殘余熱應(yīng)力。

（2）組織應(yīng)力是鋼在淬火冷卻時(shí)，由于表面冷卻的快先發(fā)生組織轉(zhuǎn)變（膨脹），中心或冷卻較慢的部分后發(fā)生組織轉(zhuǎn)變（亦膨脹），從而造成體積轉(zhuǎn)變的不等時(shí)性所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。以軸類工件為例，當(dāng)淬火時(shí)，工件從高溫急冷，表面先組織轉(zhuǎn)變即膨脹，未發(fā)生組織轉(zhuǎn)變的心部將阻礙其膨脹，因而表面受壓心部受拉。由于這時(shí)心部溫度較高而且處于奧氏體狀態(tài)，塑性較好將發(fā)生不均勻的塑性變形使應(yīng)力松弛。繼續(xù)冷卻，心部發(fā)生組織轉(zhuǎn)變并膨脹時(shí)，表面形成的彈性外殼將阻礙心部膨脹轉(zhuǎn)而受壓，表面受拉，形成殘余組織應(yīng)力。

（3）組織比容差異引起的應(yīng)力，大型工件由于截面較大，不容易完全淬透，往往只淬透一定深度的表層，這樣就產(chǎn)生了沿截面上組織比容差異引起的應(yīng)力。完全淬為馬氏體的層深距表面不過10mm左右，馬氏體消失一般都在25～50mm以內(nèi)。

由于組織轉(zhuǎn)變的比容不同，以及在隨后冷卻過程中殘余奧氏體的分解，便形成了表面馬氏體層受壓，心部受拉的殘余應(yīng)力。

大型工件淬火后的殘余應(yīng)力是以上三種應(yīng)力的疊加，淬火應(yīng)力屬于熱應(yīng)力型的，最大淬火拉應(yīng)力峰值位于圓形截面的中心區(qū)或壁厚的1/2處。

由于以上幾種應(yīng)力的存在和相互作用，大型皮帶機(jī)主軸很容易出現(xiàn)彎曲變形，甚至斷裂、內(nèi)裂等現(xiàn)象。

1.2 淬火后回火

工件淬火后，一般要進(jìn)行回火處理，回火加熱的升溫速度控制也相當(dāng)重要。因?yàn)榻孛娲蟮墓ぜ?，表面先受熱膨脹，心部仍是受熱慢不膨脹，這時(shí)工件又處于低溫彈性狀態(tài)，因此加熱時(shí)內(nèi)外溫差形成的應(yīng)力仍是表面受壓，心部受拉的熱應(yīng)力。與淬火時(shí)的殘余應(yīng)力正好疊加，故此時(shí)最易使工件形成開裂，易引起工件變形。

實(shí)踐證明，在我們遇到的熱應(yīng)力型內(nèi)裂、斷裂、變形嚴(yán)重等現(xiàn)象，在探傷檢測(cè)過程中未發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重缺陷的，主要是由于淬火操作不當(dāng)或回火不及時(shí)，致使工件中殘余應(yīng)力過大所致。

2 大型皮帶機(jī)主軸熱應(yīng)力問題的預(yù)防

熱應(yīng)力型內(nèi)裂、斷裂、變形嚴(yán)重等現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因是工件淬火時(shí)的殘余應(yīng)力，材料中的缺陷是引起以上問題的輔助原因。為了預(yù)防內(nèi)裂、斷裂及嚴(yán)重變形現(xiàn)象，主要應(yīng)從降低心部拉應(yīng)力和提高材料破斷抗力兩方面加以考慮。

（1）適當(dāng)降低淬火溫度；降低淬火溫度可以減小熱應(yīng)力，對(duì)防止內(nèi)裂、斷裂、變形嚴(yán)重有利。因?yàn)榇慊饻囟仍礁?，熱?yīng)力越大，同時(shí)，加熱溫度過高也會(huì)使奧氏體晶粒粗化，使材料強(qiáng)度變低。工件出爐后淬火前適當(dāng)預(yù)冷，對(duì)解決以上問題有利。

（2）淬火時(shí)注意工件的均勻冷卻；工件在淬火冷卻時(shí)注意開啟循環(huán)水（油）泵，使工件在淬火介質(zhì)中上下緩慢移動(dòng)，均勻冷卻。

（3）工件及時(shí)回火處理；工件淬火后不及時(shí)回火將導(dǎo)致殘余應(yīng)力加劇，并隨時(shí)間的延長(zhǎng)，表層的殘余奧氏體繼續(xù)分解，進(jìn)一步加劇了內(nèi)部的拉應(yīng)力。因此，大型皮帶機(jī)主軸要及時(shí)回火。

（4）控制加熱升溫速度；控制加熱升溫速度十分重要，快速加熱會(huì)導(dǎo)致內(nèi)外溫差加劇，熱應(yīng)力增大。特別是含碳與合金元素高的大型工件，低溫階段的升溫速度要嚴(yán)加控制。一般來說，大型工件實(shí)行分段加熱，使工件外部與心部加熱均勻、同步，在350℃～450℃之間和在600℃～680℃之間工件心部和表面溫差最大，有時(shí)可能達(dá)到400℃溫差，所以一般在450℃和650℃下保溫來減小溫差，并且，在低溫階段的升溫速度要控制在30℃～70℃/之間。回火加熱時(shí)，因工件有很大的殘余應(yīng)力。升溫時(shí)更要注意。

（5）減少材料中的缺陷；提高材料本身的強(qiáng)度對(duì)防止淬裂、變形也起著重要的作用，為了提高材料本身的強(qiáng)度，我廠對(duì)大型皮帶機(jī)主軸在調(diào)質(zhì)之前先進(jìn)行一次正火處理，以便細(xì)化晶粒，減少組織缺陷，提高材料強(qiáng)度。

參考文獻(xiàn)

[1] 安繼儒，劉耀恒，等.熱處理工藝規(guī)范手冊(cè)[M].

[2] 夏立芳.熱處理工藝學(xué)[M].endprint

摘要：皮帶機(jī)主傳動(dòng)軸是皮帶機(jī)中性能要求較高的零件，在工作過程中要承受復(fù)雜載荷如扭轉(zhuǎn)、彎曲、拉壓、沖擊等作用，主軸的良好性能是保證皮帶機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的主要條件之一。文章通過對(duì)皮帶機(jī)工藝處理過程中，淬火加熱時(shí)的應(yīng)力及材料回火的應(yīng)力兩方面分析，找出產(chǎn)生質(zhì)量問題的原因，并制定出相應(yīng)的質(zhì)量控制措施。

關(guān)鍵詞：皮帶機(jī)主軸；質(zhì)量控制；淬火回火

中圖分類號(hào)：TD235 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）16-0085-02

皮帶機(jī)一直以來都是我廠主打產(chǎn)品之一，近年來，我廠承接了一大批大型皮帶機(jī)生產(chǎn)任務(wù)。在這些大型皮帶機(jī)上其主要傳動(dòng)軸直徑普遍超過300mm，長(zhǎng)度超過3000mm，在對(duì)此類主軸質(zhì)量的控制中，我廠通過多次的探索總結(jié)了一些實(shí)用的方法。

皮帶機(jī)主軸屬于傳動(dòng)件，在工作過程中要承受復(fù)雜載荷（如扭轉(zhuǎn)、彎曲、拉壓、沖擊等）的作用，并經(jīng)受強(qiáng)烈摩擦，是皮帶機(jī)中性能要求較高的零件。因此，必須對(duì)該軸的機(jī)械性能進(jìn)行強(qiáng)化處理，即調(diào)質(zhì)熱處理。調(diào)質(zhì)能使零件獲得良好的綜合力學(xué)性能，能夠提高零件的強(qiáng)度、塑性和韌性。

由于皮帶機(jī)主軸的直徑較大，長(zhǎng)度較長(zhǎng)，在調(diào)質(zhì)淬火時(shí)表面與心部冷卻速度冷卻順序和冷卻速度的差異，使表面和心部存在溫度和組織差異，產(chǎn)生了熱應(yīng)力和組織壓力。如果主軸內(nèi)部存有少許組織缺陷，很容易造成淬火斷裂和彎曲變形，一旦造成斷裂或嚴(yán)重彎曲變形，帶來的后果一方面是工件報(bào)廢，給生產(chǎn)帶來重大損失，另一方面如果出現(xiàn)隱性內(nèi)裂現(xiàn)象，可能會(huì)存在巨大安全隱患，甚至造成機(jī)毀人亡的事故。因此必須對(duì)大型皮帶機(jī)主軸熱處理的質(zhì)量控制。

1 產(chǎn)生質(zhì)量問題的原因分析

從材料學(xué)的觀點(diǎn)看，工件之所以產(chǎn)生裂紋、斷裂和彎曲變形現(xiàn)象除了工件材質(zhì)存在雜質(zhì)、氣孔、組織不均勻等缺陷外，主要由于材料所承受的應(yīng)力超過了材料本身的破斷抗力。因此，我們從熱處理淬火加熱時(shí)的應(yīng)力及材料回火的應(yīng)力兩方面分析：

1.1 淬火應(yīng)力

大型工件熱處理淬火過程中的應(yīng)力主要由熱應(yīng)力、組織應(yīng)力及由于截面上轉(zhuǎn)變組織比容不同引起的應(yīng)力。

（1）熱應(yīng)力是在熱處理過程中，工件表面和中心由于加熱或冷卻速度不一，導(dǎo)致體積膨脹不均勻而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。對(duì)于大型軸類工件，從高溫快速冷卻時(shí)表面冷卻得快，心部冷卻得慢，內(nèi)外存在較大的溫差。由于表面先冷必然收縮，而心部有較高溫度比熱阻止其收縮，即心部使表面受拉，表面對(duì)心部產(chǎn)生壓力。但是，鋼在高溫塑性階段屈服強(qiáng)度低，塑性變形后應(yīng)力將得到松弛，當(dāng)外部先進(jìn)入彈性階段形成冷硬外殼后，將對(duì)心部收縮產(chǎn)生阻礙作用。這時(shí)工件中的熱應(yīng)力將發(fā)生改變，表面由原來的受拉轉(zhuǎn)變?yōu)槭軌?，心部則由受壓轉(zhuǎn)變?yōu)槭芾?，而且隨著冷卻的繼續(xù)進(jìn)行不斷增大，于是形成了殘余熱應(yīng)力。

（2）組織應(yīng)力是鋼在淬火冷卻時(shí)，由于表面冷卻的快先發(fā)生組織轉(zhuǎn)變（膨脹），中心或冷卻較慢的部分后發(fā)生組織轉(zhuǎn)變（亦膨脹），從而造成體積轉(zhuǎn)變的不等時(shí)性所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。以軸類工件為例，當(dāng)淬火時(shí)，工件從高溫急冷，表面先組織轉(zhuǎn)變即膨脹，未發(fā)生組織轉(zhuǎn)變的心部將阻礙其膨脹，因而表面受壓心部受拉。由于這時(shí)心部溫度較高而且處于奧氏體狀態(tài)，塑性較好將發(fā)生不均勻的塑性變形使應(yīng)力松弛。繼續(xù)冷卻，心部發(fā)生組織轉(zhuǎn)變并膨脹時(shí)，表面形成的彈性外殼將阻礙心部膨脹轉(zhuǎn)而受壓，表面受拉，形成殘余組織應(yīng)力。

（3）組織比容差異引起的應(yīng)力，大型工件由于截面較大，不容易完全淬透，往往只淬透一定深度的表層，這樣就產(chǎn)生了沿截面上組織比容差異引起的應(yīng)力。完全淬為馬氏體的層深距表面不過10mm左右，馬氏體消失一般都在25～50mm以內(nèi)。

由于組織轉(zhuǎn)變的比容不同，以及在隨后冷卻過程中殘余奧氏體的分解，便形成了表面馬氏體層受壓，心部受拉的殘余應(yīng)力。

大型工件淬火后的殘余應(yīng)力是以上三種應(yīng)力的疊加，淬火應(yīng)力屬于熱應(yīng)力型的，最大淬火拉應(yīng)力峰值位于圓形截面的中心區(qū)或壁厚的1/2處。

由于以上幾種應(yīng)力的存在和相互作用，大型皮帶機(jī)主軸很容易出現(xiàn)彎曲變形，甚至斷裂、內(nèi)裂等現(xiàn)象。

1.2 淬火后回火

工件淬火后，一般要進(jìn)行回火處理，回火加熱的升溫速度控制也相當(dāng)重要。因?yàn)榻孛娲蟮墓ぜ?，表面先受熱膨脹，心部仍是受熱慢不膨脹，這時(shí)工件又處于低溫彈性狀態(tài)，因此加熱時(shí)內(nèi)外溫差形成的應(yīng)力仍是表面受壓，心部受拉的熱應(yīng)力。與淬火時(shí)的殘余應(yīng)力正好疊加，故此時(shí)最易使工件形成開裂，易引起工件變形。

實(shí)踐證明，在我們遇到的熱應(yīng)力型內(nèi)裂、斷裂、變形嚴(yán)重等現(xiàn)象，在探傷檢測(cè)過程中未發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重缺陷的，主要是由于淬火操作不當(dāng)或回火不及時(shí)，致使工件中殘余應(yīng)力過大所致。

2 大型皮帶機(jī)主軸熱應(yīng)力問題的預(yù)防

熱應(yīng)力型內(nèi)裂、斷裂、變形嚴(yán)重等現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因是工件淬火時(shí)的殘余應(yīng)力，材料中的缺陷是引起以上問題的輔助原因。為了預(yù)防內(nèi)裂、斷裂及嚴(yán)重變形現(xiàn)象，主要應(yīng)從降低心部拉應(yīng)力和提高材料破斷抗力兩方面加以考慮。

（1）適當(dāng)降低淬火溫度；降低淬火溫度可以減小熱應(yīng)力，對(duì)防止內(nèi)裂、斷裂、變形嚴(yán)重有利。因?yàn)榇慊饻囟仍礁?，熱?yīng)力越大，同時(shí)，加熱溫度過高也會(huì)使奧氏體晶粒粗化，使材料強(qiáng)度變低。工件出爐后淬火前適當(dāng)預(yù)冷，對(duì)解決以上問題有利。

（2）淬火時(shí)注意工件的均勻冷卻；工件在淬火冷卻時(shí)注意開啟循環(huán)水（油）泵，使工件在淬火介質(zhì)中上下緩慢移動(dòng)，均勻冷卻。

（3）工件及時(shí)回火處理；工件淬火后不及時(shí)回火將導(dǎo)致殘余應(yīng)力加劇，并隨時(shí)間的延長(zhǎng)，表層的殘余奧氏體繼續(xù)分解，進(jìn)一步加劇了內(nèi)部的拉應(yīng)力。因此，大型皮帶機(jī)主軸要及時(shí)回火。

（4）控制加熱升溫速度；控制加熱升溫速度十分重要，快速加熱會(huì)導(dǎo)致內(nèi)外溫差加劇，熱應(yīng)力增大。特別是含碳與合金元素高的大型工件，低溫階段的升溫速度要嚴(yán)加控制。一般來說，大型工件實(shí)行分段加熱，使工件外部與心部加熱均勻、同步，在350℃～450℃之間和在600℃～680℃之間工件心部和表面溫差最大，有時(shí)可能達(dá)到400℃溫差，所以一般在450℃和650℃下保溫來減小溫差，并且，在低溫階段的升溫速度要控制在30℃～70℃/之間?；鼗鸺訜釙r(shí)，因工件有很大的殘余應(yīng)力。升溫時(shí)更要注意。

（5）減少材料中的缺陷；提高材料本身的強(qiáng)度對(duì)防止淬裂、變形也起著重要的作用，為了提高材料本身的強(qiáng)度，我廠對(duì)大型皮帶機(jī)主軸在調(diào)質(zhì)之前先進(jìn)行一次正火處理，以便細(xì)化晶粒，減少組織缺陷，提高材料強(qiáng)度。

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