热处理过程导致的畸变和尺寸变化的三大效应。

浩然天地

热应力、组织应力和体积效应。
前两者很好理解，那什么是体积效应？它将如何影响工件的形状及尺寸？

wanggong

文字太过短小。最好来一段话方便解释。
体积效应就是晶体结构不同，体心立方，面心立方，体心四方，结构发生变化造成体积不同。体积增大或缩小据此可推知尺寸变化。

浩然天地

wanggong 发表于 2015-3-4 09:46
文字太过短小。最好来一段话方便解释。
体积效应就是晶体结构不同，体心立方，面心立方，体心四方，结构发 ...

那如何理解热应力和组织应力呢？

腊月寒沫

能不能当做质量效应，或者做相似的理解

wanggong

浩然天地 发表于 2015-3-4 10:11
那如何理解热应力和组织应力呢？

你不是说前两者很好理解。
我的理解，简单点，热应力就是热胀冷缩不同步造成的。组织应力就是相变组织转变不同时造成的。
而即使这些变化是均匀的同时发生，也还有个体积效应。

wanggong

腊月寒沫 发表于 2015-3-4 10:33
能不能当做质量效应，或者做相似的理解

可能还不完全一样。
质量效果是指由于质量(或体积）不同，某些性能受到这个质量影响，超过一定质量就达不到某些要求。表现为某项特性与质量的对应关系，这种对应关系的表达可用图表，公式或其它方式来描述。
这里的体积效应是指由于两者比容比重不同，同质量的物质（物质守恒）转变时体积发生变化。体积的变化量正是我们想研究的变形量或尺寸变化量。

浩然天地

wanggong 发表于 2015-3-4 10:36
你不是说前两者很好理解。
我的理解，简单点，热应力就是热胀冷缩不同步造成的。组织应力就是相变组织转 ...

刚开始觉得前两者好理解，主要是基于自己的一个猜测：大家对前两者的含义不会有太大争议。
结果，王工您一说出来，我发现，我错了。
是这样的，我个人的理解是，热应力主要是工件各部分温度不同所形成的应力，从而导致工件的形状、尺寸在热处理前后会有变化；
组织应力，个人认为是由于工件各部分在热处理过程中发生了不同的相变，导致组织有差异而导致的形状、尺寸在热处理前后发生变化；
体积效应我刚开始没有搞明白，所以向大家请教。
现在看来，这三个效应，大家的理解各有不同。

wanggong

浩然天地 发表于 2015-3-4 15:02
刚开始觉得前两者好理解，主要是基于自己的一个猜测：大家对前两者的含义不会有太大争议。
结果，王工您 ...

看来我们的理解也是有点差异。我说的也不一定对。相互讨论。
热应力我理解的是热胀冷缩不同步，举例降温过程（加热也一样）由800度降到常温假定35度。当表面降至300度时心部可能温度还在450度。我的意思是表面温度从800度降至300度这个过程与心部温度从800度降至450度这个过程是不同的，你的意思好象是说表面300度这个状态与心部450度这个状态是不同的。
组织应力的理解也差不多，我理解是发生相同的相变只是相变不同步有先后而不是不同的相变。
看来这样的讨论很好！可以澄清一些认识，加深理解和认识。

wanggong

热应力与组织应力是从产生源上来分类。应力的性质分类有三种，第一类遍布整个金属，第二类亚晶内部，第三类晶格畸变。第三类占80-90%。通常回复消除第一类第二类应力，再结晶才能消除第三类应力。而采用回火之类的消除应力措施去理解也是当初曾经各种不同步不同时造成的历史问题。

aaron01

零件在进行淬火时有两种不同的内应力，热应力和相变应力。
工件在冷却过程中，由于表层和心部的冷却速度和时间的不一致，形成温差，就会导致体积膨胀和收缩不均而产生应力，即热应力。在热应力的作用下，由于表层开始温度低于心部，收缩也大于心部，当冷却结束时，由于心部最后冷却体积收缩不能自由进行而使表层受压心部受拉。即在热应力的作用下最终使工件表层受压而心部受拉。
另一方面钢在淬火过程中由于组织的变化即奥氏体向马氏体转变时，比容的增大会伴随工件体积的膨胀，工件各部位先后相变，造成体积长大不一致而产生组织应力。组织应力变化的最终结果是表层受拉应力，心部受压应力，恰好与热应力相反。
最终零件淬火后的内应力状态是以上两种应力的叠加。

aaron01

至于体积效应，不知道是哪本书上这样说的，印象里似乎看到过这样的说法。
我的理解应该是尺寸大小，形状变化造成的残余应力。
怎么理解？就截面而言，有的零件不是有均匀的截面厚度的，有的地方截面很小，有的地方截面大，在这种情况下，冷却和组织转变时也会因为这个形状差异造成热应力和组织应力，归根结底的话，还是热应力和组织应力，不过是这个热应力和组织应力产生的根本原因是截面厚度差异。
以上是个人理解，不知道作者真实意图，纯属揣测。

qibao9891

体积效应应该是指，在不同大小的“体积”下，其热应力和组织应力的特点不同，最终的变形量、变形方向、变形趋势会不同。

比如，同样是正立方形的同材料零件淬火，小零件边长10毫米，大零件边长100毫米。
小零件组织应力主导其变形方向和趋势，会趋向于尖角突出，平面凹陷。
大零件热应力主导其变形方向和趋势，会趋向于变成球形。
这就会使同材质同形状的零件，仅因体积不同，出现不相同的变形规律。

所以这个体积效应可能是试图用来描述热应力和组织应力在不同体积下的大小比例关系和叠加效果的。

大和久重雄曾讲过热处理三效应，包括体积效应。
但体积效应用来描述热处理变形，还真是不了解。
所以以上纯属个人胡诌，切勿当真。

一直以来，我个人认为热处变形受四种力影响。
组织应力，热应力，重力和惯性力，冷却介质作用力。
也不是书本上的，属个人观点，请甄别。

伯龙马

体积效应和尺寸效应这两个术语是怎样的概念？两者有关系吗？   怎样的关系？  请大家讨论一下。

浩然天地

伯龙马 发表于 2015-3-5 04:49
体积效应和尺寸效应这两个术语是怎样的概念？两者有关系吗？   怎样的关系？  请大家讨论一下。 ...

浩然天地

aaron01 发表于 2015-3-4 18:21
至于体积效应，不知道是哪本书上这样说的，印象里似乎看到过这样的说法。
我的理解应该是尺寸大小，形状变 ...

最近一直在思考热处理过程导致的畸变及其原因，因此，查了一些资料。
这三个概念我从两本手册上都有看见，内容一样，但是都没有注明引用自什么地方。

wanggong

浩然天地 发表于 2015-3-5 08:52
最近一直在思考热处理过程导致的畸变及其原因，因此，查了一些资料。
这三个概念我从两本手册上都有看见 ...

不知是你是看的哪本书？
热处理手册第一卷P128页如下：
你那个《体积效应》在手册里《组织转变》

wanggong

aaron01 发表于 2015-3-4 17:56
零件在进行淬火时有两种不同的内应力，热应力和相变应力。
工件在冷却过程中，由于表层和心部的冷却速度和 ...

铁匠来得正好！我正好有问题要请教，下图似懂非懂，铁匠能否详细讲解讲解？横坐标，纵坐标，实线，虚线分别代表什么？

热应力

组织应力

wanggong

伯龙马 发表于 2015-3-5 04:49
体积效应和尺寸效应这两个术语是怎样的概念？两者有关系吗？   怎样的关系？  请大家讨论一下。 ...

应该差不多吧。只是体积效应是三维的概念。尺寸效应是一维的概念。
两者的关系实际就是体积等于长度的立方。当然实际中由于零件结构不是标准的正方形，尺寸效应不是各向同性，某一方向的变化相对于其它方向的变化太大时，只考虑尺寸效应。这是由于零件结构的原因造成体积效应只需要考虑尺寸效应即可。
以上是个人理解。正是学习中。

wanggong

浩然天地 发表于 2015-3-5 08:49

又细看了一下此图与热处理手册的资料。还是有很大的区别。
最右下角两种资料表述文字不一样，一个是体积效应，一个是组织转变，一个是圆（方）孔柱体，圆（方）孔扁体，一个是套筒，圆环。这都无所谓，表述文字的差异。
关键的问题是内容完全不一样啊。你的资料是说体积效应作用圆（方）孔柱体外圆，内圆，高度可能都增大或都减小。而手册上说这三个值都增大！
我觉得手册上的资料更可信。
然而我还要质疑一点：是外圆外径，内孔内径，高度都增大吗？我觉得外圆增大，高度增大，内孔缩小更靠谱！
抽象成数学模型，这个实体体积要变大，应该外圆增大，内孔缩小吧。实际经验也是大多数是这样，比如齿轮件外圆公法线，M值通常普遍增大，内孔普通缩小。

浩然天地

wanggong 发表于 2015-3-5 11:37
又细看了一下此图与热处理手册的资料。还是有很大的区别。
最右下角两种资料表述文字不一样，一个是体积 ...

我的图来自《航空制造工程手册  热处理》 清晰版，可信了吧？

aaron01

wanggong 发表于 2015-3-5 09:28
铁匠来得正好！我正好有问题要请教，下图似懂非懂，铁匠能否详细讲解讲解？横坐标，纵坐标，实线，虚线分 ...

看看我做的标注，热应力随时间变化图，看明白了图a），其他应该都可以理解了。

qibao9891

看了那几个图，明白了。
体积效应其实就是wanggong在6楼说的。
由于转变前后的组织比重不同，体积有涨大缩小而引起的。
两个不同手册上的图，都是对的。
体积效应的各尺寸变化方向是相同的。也就是说，同为正号或同为负号。只要表达出这种尺寸关系，就是对的。
看来我前面是和热处理三效应那个体积效应弄混了。

伯龙马

浩然天地 发表于 2015-3-5 08:49

     您利用该图想说明什么概念？该图只是几种典型工件在热应力和组织应力作用下的变形规律，给人的概念是形状和尺寸变化，体现不出体积的概念。
      所谓“体积效应”，可否理解为由于体积变化带来的对应的某种变化。例如，通常说某种材料具有某种强度，但由于尺寸效应，会使实际强度降低……。这里的“尺寸效应”所对应的是“强度值”。但楼主没明确“体积效应”对应的是什么。

     

wanggong

qibao9891 发表于 2015-3-5 13:36
看了那几个图，明白了。
体积效应其实就是wanggong在6楼说的。
由于转变前后的组织比重不同，体积有涨大缩 ...

体积效应的各尺寸变化方向是相同的。也就是说，同为正号或同为负号。只要表达出这种尺寸关系，就是对的。
你这句话概括得很好！我是这样理解：圆柱体三维方向实际有两个坐标就表达清楚，如果是实体，三个数值（实际上两个就够，一个数值代表一维，一个数值代表两维）同为正号或负号，按你高度概括出来的这句话来理解没有问题。现在是空心的，所以虽然外径，内径，高度是三个数值，但高度是一维，外径表示的却是二维因素，而外径，内径表示是同一维的因素。用直线，射线，线段来表达，这根线段要伸长或缩短，必然是同时往外延伸或往内收缩，或者一个外延一个内缩，只是两者的变化量不一样最终效果是变化量大的减去变化量小的？？
对于外径，内径同时增加（正号）或同时减小(负号)。我还是持保留意见。

qibao9891

这和热膨胀道理是一样的。内径外径都增大。
想想热膨胀，就会明白。

wanggong

qibao9891 发表于 2015-3-5 15:48
这和热膨胀道理是一样的。内径外径都增大。
想想热膨胀，就会明白。

数学上是这样的，内径外径都增大，体积也会增大。这个可以想通。
具体到物理模型热处理问题时，内表面，外表面是不是都是表面，都是外层，心部应该是内径外径的中间层。没有外径增大同时内径也增大的道理呀？我还是拐不了这个弯。
坐等铁匠和王老师评评理啦！

wanggong

没有理想的圆柱体或圆环的经验。带内孔的齿轮大多数是外齿公法线或M值普通增大（表现为外圆也增大）而内孔收缩，这是一种普遍现象。
内孔也有胀大的现象，那是零件结构方面的原因造成。

孤鸿踏雪

       工件的变形，可分为尺寸变化与几何形状变化两种情况，前者是由于热处理中的体积变化所致，常以不均匀胀缩的形式表现出来；后者则是由于工件内部产生的应力造成的，多以扭曲、弯曲、翘曲为表现形态。尺寸或体积变化加上扭曲即为变形。附图描述了变形的两种形为特征，但实际上这两种变形形为不可能单独出现，扭曲现象会经常存在，而体积变化亦无法避免，凡淬火钢件，二者总是同时存在。

qibao9891

wanggong 发表于 2015-3-5 16:16
数学上是这样的，内径外径都增大，体积也会增大。这个可以想通。
具体到物理模型热处理问题时，内表面， ...

我以前就热膨胀问题有计算演示的，可以搜一下看看。

wanggong

qibao9891 发表于 2015-3-5 22:26
我以前就热膨胀问题有计筸演示的，可以搜一下看看。

站内搜还是找度娘？木找到。
站内以文字“热膨胀计算演示”之类找不到，百度倒是有《用计算机演示并检测金属的线膨胀系数》。也下载不了，要收费的，知网。
那个不看内容只看题目，我觉得与热处理无关，只是纯粹的初中物理或高中物理，不涉及热处理组织转变。在那种问题里，体积是温度的单调函数，升温降温引起的变化是可逆的。

孤鸿踏雪

孤鸿踏雪 发表于 2015-3-5 16:49
工件的变形，可分为尺寸变化与几何形状变化两种情况，前者是由于热处理中的体积变化所致，常以不均 ...

要得！

随风飘飘

体积效应，应该是工件本身的大小、形状与冷却之间的关系？而形成的变形及尺寸的变化！

wanggong

qibao9891 发表于 2015-3-5 01:25
体积效应应该是指，在不同大小的“体积”下，其热应力和组织应力的特点不同，最终的变形量、变形方向、变形 ...

一直以来，我个人认为热处变形受四种力影响。
组织应力，热应力，重力和惯性力，冷却介质作用力。
你这个观点太对了，《热处理手册》第一卷P127页。

qibao9891

wanggong 发表于 2015-3-9 14:24
一直以来，我个人认为热处变形受四种力影响。
组织应力，热应力，重力和惯性力，冷却介质作用力。
你这个 ...

太谢谢啦，我去扒书学习下。这句话当年吹出采，是为了回复耿建亭版主的“横竖都是淬”，没想到还能找到手册上的支持。
可是根据本贴，好像还有一种力，体积改变产生的膨胀力或收缩力。虽然有时这种力会成为组织应力的组成部分，但有些时候还是会独立表现的。

伯龙马

wanggong 发表于 2015-3-9 14:24
一直以来，我个人认为热处变形受四种力影响。
组织应力，热应力，重力和惯性力，冷却介质作用力。
你这个 ...

王工好：
     我以为“热应力和组织应力都是体积效应惹的祸”。您看，热胀冷缩是自然规律，热处理过程工件必然发生膨胀或收缩不一致的体积变化，于是产生热应力。热处理过程工件发生相变必然导致体积膨胀或收缩，于是产生组织应力。哪种内应力（热应力和组织应力）都是体积变化引起的“效应”。由此建立了：内应力与体积效应的关系……。                谨 个人看法，想请教版主指点为盼。

wanggong

伯龙马 发表于 2015-3-10 06:01
王工好：
     我以为“热应力和组织应力都是体积效应惹的祸”。您看，热胀冷缩是自然规律，热处理过程工 ...

老前辈不敢当啊！我都离开热处理十多年了又回来的，基础理论，现代科学还需要补课呀！
不过热胀冷缩是很简单的物理现象，初中或高中物理，不涉及组织转变。
在热胀冷缩理论中，体积(或尺寸)是温度的单调函数，物体从20度升到100度又回到20度时，是可逆的（热力学过程是不可逆的，理想化讨论热胀冷缩时认为是可逆的）。
而热处理过程因为包括了组织转变，组织转变引起的体积变化不是热胀冷缩造成而是结构不同比容不同。
详尽的我也需要理一理头绪。个人观点。