實(shí)際生產(chǎn)中,鋼件的熱處理應(yīng)力,一般是既有熱應(yīng)力,又有組織應(yīng)力,以及組織不均勻所造成的附加應(yīng)力存在。所謂淬火變形,就是這些應(yīng)力的綜合作用的結(jié)果(很少遇到因單純的熱應(yīng)力或組織應(yīng)力所造成的變形)。然而,究竟產(chǎn)生趨向于何種形式的變形,鋼的淬透性和Ms點(diǎn)的位置具有重要的影響,此二者又取決于鋼的成分等。對于具有一定成分的某種鋼來說,Ms點(diǎn)又取決于其淬火溫度,因為淬火溫度的高低對高溫奧氏體中含碳量及合金元素起決定作用。另外,淬火溫度對熱應(yīng)力的大小和殘余奧氏體量的多少也有重要影響。其他如冷卻速度、工件形狀、尺寸因素等對淬火應(yīng)力、淬火變形有直接的影響。如此等等,影響因素很多。
對于屈服極限較高的鋼件,未穿透淬火時,冷卻的初期,表面冷卻速度較快而發(fā)生較大的收縮,卻因心部冷卻較慢收縮較小而受到阻礙,從而使得表層具有拉應(yīng)力,心部承受壓應(yīng)力作用。將引起表層的塑性拉伸變形。在隨后的冷卻過程心部溫度也下降較快造成應(yīng)力反轉(zhuǎn)前,心部發(fā)生了奧氏體→珠光體轉(zhuǎn)變(有較小的體積膨脹),又進(jìn)一步增大了表層的塑性變形。對于高碳鋼來說,由于Ms點(diǎn)較低,屈服極限高,一般只發(fā)生冷卻初期的熱應(yīng)力型的變形,亦即趨于球形化。
對于一般結(jié)構(gòu)鋼來說,Ms點(diǎn)較高,屈服強(qiáng)度較低。因而,淬透性越好的鋼,其表層的相轉(zhuǎn)變引起的塑性拉伸變形就顯著。就是說,是兼受熱應(yīng)力和組織應(yīng)力的綜合作用,其結(jié)果,產(chǎn)生以組織應(yīng)力為主的變形。
對于淬透性良好的鋼,進(jìn)行穿透淬火時,冷卻初期,即表層和心部都在Ms點(diǎn)以上時,表層急冷收縮受內(nèi)部的阻礙而產(chǎn)生拉應(yīng)力,心部受到壓應(yīng)力作用。當(dāng)表層冷卻至Ms點(diǎn)以下,發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變而膨脹,卻受到心部的限制,因而加速了應(yīng)力反轉(zhuǎn),使心部受拉應(yīng)力作用,并導(dǎo)致組織應(yīng)力型的相變變形。當(dāng)心部也冷至Ms點(diǎn)以下時,心部馬氏體轉(zhuǎn)變時便發(fā)生再度的應(yīng)力反轉(zhuǎn),使表層具拉應(yīng)力,心部受壓應(yīng)力作用。