工件在加熱和冷卻過程中，由于熱脹冷縮和相變時新舊相比體積差異而發(fā)生體積變化，由于工件表層和心部存在溫度差和相變非同時發(fā)生以及相變量的不同，致使表層和心部的體積變化不能同步進行，因而產(chǎn)生內(nèi)應力。按照內(nèi)應力的成因可將其分為熱應力和組織應力。

⒈熱應力
熱應力是指由表層與心部的溫度差引起的脹縮不均勻而產(chǎn)生的內(nèi)應力。根據(jù)圓柱體試樣在加熱和冷卻時的內(nèi)應力變化情況。

加熱初期，表層溫度較高，熱膨脹大，但受到溫度較低的心部的牽制，于是在試樣表層產(chǎn)生壓應力，心部為拉應力。繼續(xù)升溫時，此應力值隨著心部和表層溫度的減小而降低，直至減小到零，繼而發(fā)生應力反向。由于材料的屈服強度隨溫度的升高而降低，而內(nèi)應力超過屈服強度時，將引起塑性變形使內(nèi)應力得以松弛。因此，加熱時產(chǎn)生的內(nèi)應力將對工件的影響較小。但是對于導熱性差的高合金鋼，例如，Cr12、Cr12MoV、DC53、VIKING、8418、S136、W18Cr4V、ORVAR SUPREME、QRO 90 SUPREME、SLEIPNER等工具鋼，仍需采用多次預熱或緩慢加熱，以免產(chǎn)生過大的熱應力，導致工件的嚴重變形和開裂而報廢。

冷卻時情況則相反，開始時表層由于先冷卻而發(fā)生大于心部的收縮，由于心部的限制，表層產(chǎn)生拉應力，而溫度較高強度較低的心部則受壓應力，當應力超過心部的屈服強度時，心部發(fā)生塑性變形使內(nèi)應力得到部分松弛。這種內(nèi)應力隨著冷卻的繼續(xù)進行先是隨心部和表面溫度差的增大而增大，www.syfukang.com但當表層溫度接近室溫或冷卻介質(zhì)的溫度時，心部以相對快的速度開始冷卻而收縮，結(jié)果工件內(nèi)形成與冷卻初期階段方向相反的內(nèi)應力，這兩種內(nèi)應力先是互相抵消，無論是心部還是表面都不會發(fā)生冷卻開始時那樣大的塑性變形，如果不發(fā)生相變，冷卻結(jié)束時，最終的殘余熱應力為表面受壓應力，心部受拉應力。

⒉組織應力
組織應力起因于相變引起的比體積變化。根據(jù)圓柱體鋼樣在淬火過程中，發(fā)生馬氏體相變時組織應力的變化情況。淬火時，馬氏體相變總是開始于表面然后向心部擴展，發(fā)生了馬氏體相變的表層因其體積膨脹必然對尚處于奧氏體的心部施以拉應力，而其本身則因心部的限制而受壓應力，壓應力的峰值隨相變的進行向心部移動。由于奧氏體具有良好的塑性和很低的屈服強度，因此，相變應力必將引起處于奧氏體狀態(tài)的心部發(fā)生塑性變形，隨后當心部溫度降低到Ms點而發(fā)生馬氏體相變時，伴隨的體積膨脹由于受到已轉(zhuǎn)變成馬氏體的堅硬的表層的阻礙，產(chǎn)生了與前述應力相反的組織應力，隨著心部馬氏體相變的進行，組織應力發(fā)生反向，最終形成了表層為拉應力，心部為壓應力的殘余組織應力。

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