工件在加熱和冷卻過程中，由于表層和心部的冷卻速度和時間的不一致,形成溫差，就會導(dǎo)致體積膨脹和收縮不均而產(chǎn)生應(yīng)力，即熱應(yīng)力。在熱應(yīng)力的作用下，由于表層開始溫度低于心部，收縮也大于心部而使心部受拉，當(dāng)冷卻結(jié)束時，由于心部其后冷卻體積收縮不能自由進行而使表層受壓心部受拉。即在熱應(yīng)力的作用下后終使工件表層受壓而心部受拉。這種現(xiàn)象受到冷卻速度，材料成分和金屬熱處理工藝等因素的影響。當(dāng)冷卻速度愈快，含碳量和合金成分愈高，冷卻過程中在熱應(yīng)力作用下產(chǎn)生的不均勻塑性變形愈大，其后形成的殘余應(yīng)力就愈大。另一方面鋼在熱處理過程中由于組織的變化即奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變時，因比容的增加會伴隨工件體積的膨脹，工件各部位先后相變，造成體積長大不一致而產(chǎn)生組織應(yīng)力。組織應(yīng)力變化的后終結(jié)果是表層受拉應(yīng)力，心部受壓應(yīng)力，恰好與熱應(yīng)力相反。組織應(yīng)力的大小與工件在馬氏體相變區(qū)的冷卻速度，形狀，材料的化學(xué)成分等因素有關(guān)。

不管什么工件在金屬熱處理過程中，只要有相變，熱應(yīng)力和組織應(yīng)力都會發(fā)生。只不過熱應(yīng)力在組織轉(zhuǎn)變以前就已經(jīng)產(chǎn)生了，而組織應(yīng)力則是在組織轉(zhuǎn)變過程中產(chǎn)生的，在整個冷卻過程中，熱應(yīng)力與組織應(yīng)力綜合作用的結(jié)果，就是工件中實際存在的應(yīng)力。這兩種應(yīng)力綜合作用的結(jié)果是很復(fù)雜的，受著許多因素的影響，如成分、形狀、金屬熱處理工藝等。就其發(fā)展過程來說只有兩種類型，即熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，作用方向相反時二者抵消，作用方向相同時二者相互迭加。不管是相互抵消還是相互迭加，兩個應(yīng)力應(yīng)有一個占主導(dǎo)因素，熱應(yīng)力占主導(dǎo)位置時的作用結(jié)果是工件心部受拉，表面受壓。組織應(yīng)力占主導(dǎo)位置時的作用結(jié)果是工件心部受壓表面受拉。

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