Jakie czynniki wpływają na naprężenia wewnętrzne podczas obróbki cieplnej kucia wału?

Jakie czynniki wpływają na naprężenia wewnętrzne podczas obróbki cieplnej kucia wału?

Obróbka cieplna kucia wału może powodować trzy podstawowe rodzaje naprężeń wewnętrznych w rzeczywistej produkcji wałukuciezawsze wytwarzają jednocześnie dwa lub trzy podstawowe naprężenia wewnętrzne, zatem naprężenia szczątkowe po właściwej obróbce cieplnej przedmiotu obrabianego są wynikiem kilku podstawowych superpozycji naprężeń wewnętrznych. Rozkład naprężeń szczątkowych po superpozycji jest bardzo skomplikowany i ściśle powiązany ze specyficznymi parametrami procesu obróbki cieplnej. Poniżej znajduje się szczegółowa analiza głównych czynników wpływających na naprężenia wewnętrzne podczas obróbki cieplnej kucia wału.

Naprężenia własne w przypadku rdzenia niehartowanego. W przypadku rdzenia niehartowanego rozkład naprężeń wewnętrznych jest typu naprężeń termicznych, a naprężenia ściskające powstają w warstwie hartowanej powierzchniowo, zatem tendencja do pękania hartowanego powierzchniowo jest niewielka. Jednakże w tym momencie w sercu powstają naprężenia rozciągające, a gdy warstwa hartująca jest bardzo głęboka, a serce jest bardzo małe, naprężenie rozciągające w sercu jest bardzo małe, a jego wartość jest bardzo duża.

Naprężenia własne w przypadku hartowania rdzenia, gdy odkuwka wału jest całkowicie hartowana, rozkład naprężeń własnych jest głównie wynikiem nakładania się naprężeń termicznych i naprężeń organizacyjnych. Gdy średnica odkuwki wału jest mała, rozkład naprężeń szczątkowych po superpozycji jest typem naprężenia organizacyjnego, co wskazuje, że naprężenie organizacyjne jest naprężeniem głównym. Wraz ze wzrostem średnicy naprężenia szczątkowe stopniowo staną się rodzajem naprężenia termicznego, co pokazuje, że wraz ze wzrostem średnicy przedmiotu obrabianego wzrasta rola naprężeń termicznych, wówczas szczyt naprężenia stycznego i naprężenia osiowego pojawia się w środkowa część wału odkuwa się z powierzchni na pewną odległość, a często naprężenie osiowe jest większe niż naprężenie styczne, więc nie jest zbyt duże hartowanie cylindrycznego przedmiotu, często łatwo tworzą się pęknięcia wzdłużne. Wraz ze wzrostem zawartości węgla w stali zwiększa się wpływ naprężeń strukturalnych, natomiast osłabia się wpływ naprężeń termicznych. Dodatek pierwiastków stopowych do stali może nie tylko poprawić wytrzymałość stali w wysokich temperaturach, ale także poprawić stabilność przechłodzonego austenitu i zmniejszyć krytyczną szybkość chłodzenia stali.

Wpływ temperatury hartowania i szybkości chłodzenia, im większa szybkość chłodzenia, tym większa różnica temperatur pomiędzy wewnętrzną i zewnętrzną stroną odkuwki wału, wzrost naprężenia termicznego. Ponieważ naprężenia szczątkowe odkuwki osiowej są rozkładem naprężeń termicznych, zwiększenie szybkości chłodzenia spowoduje wzrost wartości naprężenia ściskającego powierzchni i wartości naprężenia rozciągającego rdzenia. Dlatego też szybkość chłodzenia powinna zostać zmniejszona tak bardzo, jak to możliwe, pod warunkiem spełnienia wymagań dotyczących właściwości mechanicznych.

Pod wpływem otworu centralnego naprężenia podczas obróbki cieplnej dużych odkuwek wałów mają zazwyczaj charakter naprężenia termicznego, to znaczy powierzchnia znajduje się pod ciśnieniem, a serce jest naprężone. Duże odkuwki wału organizacji serca są na ogół stosunkowo słabe, defektów metalurgicznych jest więcej, aby zapobiec naprężeniom rozciągającym serca w obróbce cieplnej pod wpływem dalszej ekspansji wady, a nawet spowodować pęknięcie, więc ogólnie duży wał odkuwki poddane obróbce cieplnej przed obróbką otworu środkowego, część wady usunięta.