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锻造从产生淬火裂纹危险性的角度来分析转子的冷却制度

文章来源:sjzwx 更新时间:2014-01-24 09:52:01

 在为关键用途的火型工件选择急冷工艺而寻找理论根据时,对它们的应力状态,越来越广泛地引人去研究:但是,在这些研究中所用约数据,主要是为了对钢产生破坏的危险性进行质量上的评价(按照应力分布的水平和特性)及对比不Pi的冷却制度:当要获得工件破坏危险性的定量评价f5.J,,对应力状态进行分析的实际意义就更大了。当对产生淬火裂纹进行预测时,主要是在于评价工件中的内应力和工件中的原始缺陷,以及钢的抗破坏能力。最希望的是确定淬火时现有应力与残余应力的计算方法。而其先决条件的改变。十大信誉网赌网站将计算结果与已知的计算数据和试验数据相对比,以及将计算结果与实心的和空心的圆柱形工件在油中和水中淬火时所测得的残余应力数据相对比,验证了确定应力的可靠性。例如在参考文献〔3〕中有些数据。十大信誉网赌网站Li-算了26XIf3M2(D铜转子中的应力。物理性能,机械性能,以及过冷奥氏体分解的热动力学曲线与参考文献〔3〕中所采用的是相同的。人们认为,在转子的所有截面内,贝茵体转变均发生在325`C---4000C的温度区间内。在水巾和油中淬火时的放热率数值是参考文献C4〕所采用的。它是根据对大型工件热量的测量参数,在对流热交换的部份,作了一些必要的修正。现在十大信誉网赌网站分析一下转子中淬火应力形成的主要特征。图表示直径为一米的在水中淬火的空心和实心转子,沿其截面的轴向残余应力与切向残佘应力分布的仆算曲线。实心转子沿半径的淬火残余应力分布的特征,基本上与温度残余应力的分布特征是一样的,(这里没有估计钢的组织转变残余应力)。在工件心部形成了压缩残余应力,在表面附近形成了拉伸残余应力。但是与温度造成的残余应力不同;在工件轴线区和工件表面,按照绝对值来说,最大的应力是切向应力,而不是转向应力。残余应力组份的这种比例是淬火转子表面应力所测量的结果而证实的t’1。实心转子轴线区现今的拉伸应力大约是在工件心部贝茵体转变开始时达到的,这时,由于钢组织中含有大量的奥氏体,所以钢的抗脆性破坏能力很高,随着奥氏体分解的完成,拉应力急剧下降,而在冷却终了时又再次上升。有轴向中心孔的转子中的残余应力分布,与温度所造成的残余应力的分布,本质_I:是决不相同的。(参看图-1),在中心孔两面激冷的情况下,形成了危险的拉{I'll切向残余应力的“顶峰V。其特点是,如果在钢中没有组织变化,则无论是在表面区,还是在心中孔区,都会产生压缩残余应力。在冷却终止前不久时,现在的切向应力达到最大值。现有的应力与残余应力的最大值之回的差别不大。淬火应力的水平和特性,决定了在转子中心孔内壁上产生纵向淬火裂纹的可能性。王”J关于实心转子与空心转子形成淬火应力的上述概念,可以使十大信誉网赌网站能够在大多数情况按照残余应力的水平,来估计产生裂纹的危险性。关于降低带有轴向中心孔的转子中的应力方法,可参看参考文献C2,3,5',囚此,后来十大信誉网赌网站将主要注意力集中于实心转子的应力状态。图2表示在水中和油中淬火的实心转子的直径位置,与最大切向拉伸残于应力的关系。根据计算结果确定:大型转子在水中淬火时,最大的现存应力与最大的残余应力,实际上与直径是无关的。当大型转子在油中淬火时,工件直径在本质上影响着最大应力。图2所示的关系曲线计算数据所证实的是关于右函.件截面中保持组织转变的特征情了况:下,当.B1>20时,工件尺寸和冷却34度的增加卜对淬火应力的影响是较小的。(这里,B:二a/a..,其中a放热率系数;几—金属的导热系数,R工件的半径)。已经确定:在油中淬火时,转子直径_火于2米即可达到B1>20,而在水淬时,转子直径大于0.4米,即可达到B,>20。众所周知:a],若采用“径水到油”的冷却,则在工件中得到油淬与水淬残余应力之间的一种中间的残余应力。调节转内约应力,可有两种补充的可能性,即进行“喷雾”或“水掣二暨问冷”,‘,;,。为了预测淬火裂纹,只计算转子中产生的应力是不够的,还要选择一定的破坏标准。目前,正采用淬火时各种钢的破坏标准(例如参考文献(7---9)所述)。但是,最有发展前景的是断裂力学的方法,按照这种方法,在Kr}Ic7c.(1)的条件下,由于拉力而产生破坏。式中1c,-拉应力的强度系数,其单位为泊·米1!-,;Krc-拉应力强度的临界系数(断裂韧性),帕米’rz。Kr。是断裂韧性,是材料的一种特性,而K,与拉应力水平,造成裂纹发展的缺陷的大小形状和分布是有关的。根据苏联波尔宗诺夫中央锅炉透平科学研究院的研究结果表明,由于“松弛”的影响,淬火钢的断裂韧性降低到门槛值Kirth,在淬火成马氏体时,门槛值Kirth在其原始值的3a%以下〔.’。但是,在大件内部区域中,典型的1速冷却淬火以后,钢的断裂韧性在将来几乎是不改变的。因此,在评价转子中形成淬火裂纹危险性时,可以利用公式((1)。按照线性的断裂力学(即JTMP)〔LOI中的公式,可以确定拉应力强度系数。应当指出,当采用线性断裂纹力学时,其根据是除了裂纹的起始两端外,全部材料都是处于弹性的状态中。看来,按照淬火接近结束时在金属去载的弹性条件下,用起作用的残余应力来评价破坏灼危险性,即采用线性断裂力学的公式是正确的。淬火之前,转子可能有各式各样的原始缺陷:例如,表面裂纹,内部断裂,白点,非金属夹杂物等。在参考文狱CiO)中,给出了简单形状的缺陷Kf的方程式,以及根据确定复杂形伏的现实缺陷等效(当量)尺寸的准荐作祛。一种简化作扶是按照两种形式的缺陷(长的裂纹和呈圆盘形的缺陷)的观测结果,来评价破断的危险性。长裂纹缺陷是最危险的,而呈圆盘形缺陷在简单形伏缺陷中的危害性最小。在有高的残余拉应力作用的区域,即在实心转子的中心区域和空心转子中心孔的内表面的缺陷是十分值得注意的。当存在着长度大大超过宽度这样的裂纹缺陷,并按照所作用的应力标准公式去察明,则可采用以下公式确定K;值。为了确定内部裂纹的宽度之时的K,可采月下述公式式中:a----应力·帕对于中心孔内不深裂纹直径与本体尺寸相比,裂纹尺寸钱得很小,在进行双轴拉仲时,凡-2.26c,./牙了(3)对于直径为I的圆形内部缺陷,和半圆形表面缺陷来说,其Al值比按照公式(2),公式(3)[10]所计算的K1值约大].,5倍。当a值一定时,允许的缺陷尺寸与凡艺成反比。因此,圆形缺陷所允许的直径,比一长裂纹型映陷所允许的宽度_大2.4倍。为f利用这个不等式(1),必须知道断裂韧性凡c值。32XMIA和25XCI-I3M(DA钢在淬火成贝茵体和高温回火后,其Kr:值约为=2{:0兆帕·米’·“〔‘’。3CXH;MM2cbA,3SXHINI20A,34XH.MA等钢种的K/c值都差不多。这在参考文献:11)巾己列出。众所周知,回火可使沐火钢的断奥韧性得到提高。波尔宗19-夫中央锅护透平科学研究所的研究工作表明:淬火成贝茵体并未经过回火的转子钢的凡c-80兆帕·米1!2。图3所示,是按照公式(2)和(3)计算出来的允许应力与呈长裂纹形的缺陷尺寸的关索(如Kfc=80兆怕·米1.12)。圆形缺陷的允许直.径,比图3A:所标明的数值要大2.4倍。按照转子制造技术条件,工件内部区域的缺陷尺寸,可以达到8毫米。因此,由于转子外表面上有压缩残余应力的作用,所以不应导致产生淬火裂纹。转子中心孔内壁缺陷的尺寸,通常未经予先说明。但是。可以认为:由子镬中心孔的结果,内部缺陷暴露到转子中心孔的内壁上面。慧视人们按照图3列举的数据材料,来评价转子淬火时产1f:裂纹的危险性。当缺陷尺寸为8毫米时,其内部区域的允许应力U允许为700兆帕。因此,不仅允许大型实心转子在油中淬火,而且也允许大型实心转子在水中淬火。(参看图2。转子顺利地在水中淬火[-2,13]以及经水到油中的淬火,证实了这一结论。缺陷尺寸为8毫米时,转子轴向中心孔附近的拉应力不得超过200兆帕(图3的曲线2)。在急剧冷却时,在轴向中心孔的表面上形成马氏体,其断裂韧性随着时间的增延而降低1.:。因此,对于空心转子来说.A好是采用能够消除产生转向中心孔表面上的拉伸残余应力可能性,1f=能产生降低与从两面激冷相比的在巾心孔附近的拉应力水平的冷却方法。采用不Iii1的冷却强度[2+i]和从转子外表面和轴向中心孔同时开始冷却r2」对于轴的淬火向中心孔的开始时刻的即可满足这种要求。同时,最好是从外表面进行冷却的迟延开始时刻淬火。按照物理性能一与机械性能来看,各种转子钢的区别是很小的。因此,所得出的结果不仅仪是适用于26XH3M2cA。但是当采用其它钢种时,对估计转子产生淬火裂纹危险性的评价应作一些修正。因为同时转子截面的组织转变特性发生变化,对悴火应力产生巨大的影响。上面所述的结果,在某种程度上是属于理想的情况,也at是说,在固定的一段温度区间内,钢fT7'}7其全部i$面发生贝w体转变。在一般情况下,在温度的座标轴线上,贝茵休转变的温度区间的位置,是不固定的.它与钢的化学成份及淬火时的冷却速度是有关的。此外.在_仁件友面区,可能发,l三与马氏体转变,而在下作内部,则可能发生珠光体转变。计算结果表l好;在贝茵体转变的起始温度下,工作心部的温度为沁。一660℃之间时utimal(例如,少口,P%?kf钢所利造的转子夕,最大的拉伸残余应力约为wio兆帕。在这种情况下,有缺陷s毫米或比8毫米小i'`J实心转.子,最好不要水淬(请参着图3),这时,最好是将转子进行油冷,或经水到油冷却。于灰.转子内'if区域的F""I始缺陷.是接近圆形的缺陷,而不是接近长条裂纹类M的缺陷。圆形缺陷所允许的应力,比图3_上所允许的应力要高1"S倍;当缺陷直径为3毫米时,0允许可大于ICO{?兆帕。因此.即使是在较高的温度“『发生贝丙体转变时,转子一也可以进行水淬。在转子中心部份钢转变成珠光体,就会提高产生淬火裂纹的危险性。当珠光体转变区的直径小J立。.鱿转子的直径时,在转子心邻的拉伸残余应力可达到15CU兆帕。在这种情况下,如果当地加快冷却,(例如将油序改为水沐)就能防止珠光沐的产生。同1寸也可采川慢速冷却.其目的是将珠光体区域直径,增大到工件直径的一半、如果这时工件约各项使用性能达到所要求的数馗l则采用慢冷是可以的。计算的数摒证实了下述结论:钢中的马氏体转变只能严重地影响金属表面层的压应力水平,但实际_-对最大的拉应力并无影响。因此,所进行的研究毛作,是试图了.气价在各种不同的淬火方式下,在转子内产生淬火裂纹的危险性。广泛采用预测转子和其它人-4T件在淬火时可以按照准各种钢约断裂韧性值这一方法的精确性和可能性,考虑各种钢的组织伏态,提高尺寸测鼠的精确度,提高确定实际缺陷形状的准确性,以及提高工件内部应力测定的4确度来使之得到显著的改善。今后同样应研究工件截而过渡处的应力。

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