第五章（略）第六章 制品的应力、变形和裂纹2.ppt

第六章 第六章 第一节 内应力的形成 第二节 变形和裂纹 第三节 防止变形和裂纹的措施 第一节 内应力的形成 内应力：在没有外力的条件下平衡于物体内部的应力。 残余应力产生的场合：轧制、铸造、锻造、材料的剪切、弯曲、机械加工、磨削、构件组装、热处理等过程中。 残余应力的危害：引起工件断裂、降低疲劳强度、降低材料的耐腐蚀性能；使工件变形，失去精度；造成突然的事故，造成不可估量的经济损失和人员伤亡。 残余应力的分类 按其产生的原因分类 按作用的时间分类 按作用范围进行分类 按其产生的原因分类 1、温度应力（热应力） 由于温度不均匀造成的。主要是铸造和焊接过程中。 2、组织应力（相变应力） 因为相变产生的内应力。主要是相变会带来金属体积的变化。 3、凝缩应力（机械阻碍应力） 金属在液态凝固成固态时，产生体积收缩而引起的应力。焊接熔池收缩，铸件收缩受阻。 按作用的时间分类 1、残余应力 开始由于不均匀温度产生内应力使构件产生塑性变形。当温度均匀化后，又产生新的内应力，这种残存在物体中的内应力为残余应力。如右 图。 2、瞬时应力 在某一温度场下，在某一时间所存在的内应力。此内应力若在材料的弹性范围内，温度均匀化后，随弹性变形的消失，内应力也就消失了。 按作用范围进行分类 1、第一类内应力（宏观内应力） 在很大范围内存在，甚至存在于整个金属构件内。 2、第二类内应力（微观内应力） 一个或几个晶粒范围内存在。金属组织转变引起的内应力。 3、第三类内应力 范围更小，大小可用晶格尺寸来比较。 第二节 变形和裂纹 一、制品的变形 二、制品的裂纹 一、制品的变形 焊接变形的形成 铸造变形的形成 焊接变形的形成 铸造变形的形成 二、制品的裂纹 焊接裂纹 铸件的裂纹 焊接裂纹 （1）结晶裂纹的形成 见图6-5。液固阶段：液相多，固相少，焊接变形小，固相基本不移动，此阶段不产生裂纹。固液阶段：固相多，液相少（液膜），固相在焊接应力作用下容易移动，撕裂液膜，而产生裂纹。 2、焊接冷裂纹 在接头冷却的过程中，MS点附近或更低的温度下形成。 主要发生在中碳钢、高碳钢、合金结构钢以及钛合金的热影响区，也可能出现在焊缝金属中。 结构钢常见的冷裂纹见图6-7. 铸件的裂纹 1、热裂纹 特征：裂纹表面呈氧化色，不光滑，沿晶断裂特征，外形弯曲。 形成温度范围：凝固温度范围内近固相线时形成，此时合金处在固液态，又称为结晶裂纹。 形成原因：低熔点的共晶物被排挤在晶界，形成液膜，并且凝固的固相晶粒在应力作用下发生转动或移动，撕裂液膜而产生裂纹。 第三节 防止变形和裂纹的措施 一、防止变形的措施 二、防止裂纹的措施 （一）焊接变形的控制 1、设计方面的措施： （1）被焊零件最少，焊接工作量也最少。 （2）焊缝布置和焊接顺序要求“对称加热，力求分散”、“均匀布置，切勿集中”的原则。 2、装配措施刚性固定使焊接后变形量最小。 3、反变形法 预留反变形量。 4、预热 远离焊接的部位加热。 （二）防止铸件产生变形的途径 1、提高铸型的刚度； 2、控制打箱时间； 3、采取反变形措施； 4、设置防变形筋； 5、改变铸件结构； 采用变形轮辐代替直轮辐或采用奇数轮辐，减小阻力，防止变形。 （一）焊接热裂纹的控制 1、控制成分：采用碱性焊接，可以有效控制S、P等有害元素。 2、改善焊缝凝固结晶：细化晶粒。加入Mo、V、Ti、Nb、Zr，稀土等元素。 3、改善焊接工艺 预热、改变焊接接头形式和焊接顺序。 （二）焊接冷裂纹的控制 1、焊接材料的选用 （1）优质低氢焊接材料和低氢的焊接工艺。如焊条烘干、氩气保护焊等。 （2）选用低强焊条，使焊缝无马氏体出现。 （3）选用奥氏体焊条。 （4）特殊微量元素的应用-降低焊缝含氢量。 （三）防止铸件裂纹产生的途径 1、防止铸件产生冷裂纹的措施 （1）合金方面 选择弹性模量和收缩系数小的合金材料。 （2）铸型方面 采用冷却能力强的型砂或采用冷铁，保证铸件各部分温度尽量均匀。 （3）浇注条件 合理安放浇注系统和冒口系统，使铸件各部分温度尽量均匀。 （4）改进铸件结构 铸件壁厚差尽量小，厚薄壁连接处合理进行过渡。 （5）消除铸件的残余应力 采用时效的方法来消除铸件残余应力。 * * * * 液 态 金 属 体积收缩 变形缩孔缩松 热裂纹 冷裂纹 气体元素 杂质元素 化合物 夹渣 气泡 气孔 过饱和析出 降温凝固 受拘束 应力 滞留 成分偏析 非平衡凝固 低熔点共晶 第六章 加热阶段（焊接中）变形情况： 冷却阶段的变形情况： 1、焊接热裂纹 特征：高温形成，在固相线附近温度，沿晶断裂。断口有氧化色。 图6-4给出了焊接热裂纹的几种形式。 （2）近焊缝区液化裂纹的形成 在焊接的热影响区的近焊缝区和多层焊的层间