圆柱激冷引起的歪扭问题优化

1.热歪扭

图13-8所示为将水平放置的直径为15mm、长度为120mm的纯铁圆柱整体均

图13-8 纯铁圆柱的冷却方法

匀加热后，从上方注水冷却时的变形情况。图13-9和图13-10是分别为测定的圆柱弯曲和直径变化的结果^[1]。

图13-9 纯铁圆柱的弯曲

图13-10 纯铁圆柱的直径变化(www.xing528.com)

如图13-9所示，圆柱在全长上大体一致地向上弯曲。产生这样变形的原因如下：在冷却初期，圆柱的上侧（注水侧）先冷却收缩，产生的热应力是拉应力，下侧受压应力作用。这时由于弹性极限尚低，在上侧产生塑性拉伸变形，下侧则是塑性压缩变形。在冷却后期产生与此相反的变形。然而，因为这时的温度降低，弹性极限变高，冷却初期的变形影响是显著的，完全冷却后就变成上方凸出的变形。在图13-9中，由冷却过后再加热去除应力的弯曲量曲线可见，残留应力的影响较小。因此，由于急冷而产生的弯曲是永久变形。

2.淬火歪扭

图13-11所示为与图13-8具有同样尺寸的碳钢（w_C＝1.46％）从上方注水淬火时的弯曲测定结果^[1]。从图中可见，弯曲的方向与热歪扭的情况相同，但弯曲量较大。其原因如下：圆柱上侧受到注水冷却时，初期冷却非常快，这一侧在马氏体化以前产生如上所述的热歪扭，仍然因此而发生变形。碳素钢的情况是下部淬火不完全，比上部膨胀得少，所以更加助长了上部凸出的变形。

图13-12所示为合金工具钢圆柱试样的下部也完全淬火，以同样方法测定的变形结果。可见在上方凸出的变形比碳素钢小，同时，回火后变形的恢复也小。

图13-11 高碳钢圆柱的弯曲

图13-12 合金工具钢圆柱的弯曲