讨论题
问题1:工件尺寸相同冷速快;热应力引 起的残余应力上升?下降?上升。
问题2:冷速相同，工件尺寸增加 ;热应力引起的残余应力上升? 下降?是上升。
问题3:合金钢;碳钢(40CrNiMo;40) 尺寸与冷 速相同.哪种热应力大?看其导热能力。导热能力越 强，应力越大。
二 .组织应力
产生原因: 奥氏体转变为马氏体时体积要膨胀，冷却时表面与心部 不同时膨胀引起应力. (热应力“热胀冷缩”不同时引起,组 织应力“热缩冷胀”不同时引起; ）
课堂讨论题2
L
高速铁路机车轻量化 要求：大量采用铝合 金，对于Al-15Ag合 金可否利用非平衡相 变设计表面工艺，强 化表面？分析思路？
思路： 1）找相图与CCT曲线 2）分析有无共析转变（扩散型） 3)如果有，可能采用快速加热表面+快 速冷却的方法，强化表面
课堂讨论题3
Fe-5%N合金可否实 现表面强化？由相 图知可以实现。
课堂讨论题1
45钢常规淬火硬化工艺设计？缓慢 加热，获得奥氏体，再快速冷却。
仅使45钢表面硬化工艺设计？快速加热， 表面得到奥氏体，心部不变。再快速冷却。 表面得到马氏体。
设计思路：快速加热表面得到A， 心部原始组织然后快冷
基本方法：高能密度能源大于100w/cm2
结论：教材第六章二节、五节、六节、七节介绍的 十多种表面技术，均是同一原理。 差别：仅在于快速加热表面的方法不同 基本原理、基本方法、基本技能重要基础。
基本设计方法:利用原理、相图、 CCT曲线设计表面处理工艺
1.2 利用相变设计表面改性工艺中两个重要问题：
课堂小实验：相变强化表面,强化层用锯条代表, 淬 火+低温回火处理; 测定硬度与韧性
原因分析: 方法? 断口粗细实质反映马氏体粗细; 问题1：决定马氏体粗细因素？奥氏体晶粒的粗细
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冷却后期：表层不变形；心部 收缩受到表层抵制。 1）表面心部何种应力？ 2）是否会形成残余应力保留 到室温？
热应力（写黑板与组织对比） 冷却初期 表层变型 心部变型 表面应力 心部应力 表层冷缩 基本不变 拉应力 压应力 冷却后期 基本不变 心部冷缩 压应力 拉应力
热应力形成残余应力特点： 1. 表面压应力、心部拉应力 2. 心部轴向拉应力最大 3. 内外温差越大，应力也越大
结：
热应力形成残余应力特点：表面压应力，心部拉应 力心部轴向拉应力最大。
组织应力形成残余应力特点：表面拉应力，心部压应 力，表面切向拉应力最大。 冷却初期产生的应力使零件料变形，一般不会形成残余应力 冷却后期的应力形成残余应力，或使零件断裂。
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第一周课程需要记忆的内容：
1. 表面工程定义；珠光体、马氏体相变基本规律；基本组 织与性能特点； 2.利用相变原理设计表面工艺的基本思路与方法； 3.控制非平衡组织细化的方法，残余 应力产生的原因及应 力分布特点
1.3 设计表面工艺中残余应力分析(定性;粗略) 一.热应力 产生原因:因为在淬火冷却过程中,工件内外“热 胀冷缩” 不同 时产生的应力
圆柱样品不发生M相变 哪条曲线表面？心部？ 表层冷速：先快后慢 心部冷速：先慢后快
热应力形成残余应力分析
冷却初期：表层收缩变形受到心部 抵制。 1）表面心部何种应力？表拉心压 2）是否会形成残余应力保留 到室温？会，表压心拉。
第一周课程需要记忆的内容： 1. 表面工程定义；珠光体、马氏体相变基本规律；基本组 织与性能特点； 2.利用相变原理设计表面工艺的基本思路与方法； 3.控制非平衡组织细化的方法，残余 应力产生的原因及应 力分布特点
四川某企业为大朝山电站提供水轮机叶片. GE公司设计图;240小时13片叶片断裂. 首先分析 断口
ZG06Cr13Ni6Mo
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试验 分析
材料成分与金相组织分析；何种组织？ 测定材料疲劳强度320MPa 材料的抗拉强度 790MPa 设计工作应力:140-200MPa
问题：组织合格仍破坏原因？ 推测：外加应力过高?估计工作状态下的应力？.
作业:
1.仿照热应力产生原因的分析方法,画圆柱型图说明 为什么组织应力造成残余应力的特点是:表面拉 应力,心部压应力? 2.下图是Fe-N平衡相图.对含N为8.75(at%) Fe-N合金,设计一个利用非平衡组织强化表面的 工艺。 [确定加热温度、冷却方式（快冷或慢冷）、加热 方式（快速或慢速）]
结论： M的粗细由A晶粒粗细决定.
问题2: 为何粗奥氏体晶粒淬火得到马氏体脆? 相变的基本规律决定的.切变共格，表面浮凸
结论:设计表面技术工艺时,需要分析 、控制 母相(奥氏体)晶粒度. 控制加热温度；有些表面加热技术 温度难于测定，必须设法控制 问题2?
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实例：水轮机叶片断裂问题
依据1.多个疲劳源
依据2：估算工作应力
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方法：根据疲劳断口粗略估算工作应力
疲劳断口:疲劳源、疲劳扩展区、瞬时断裂区;
哪种零件所受外加应力高？第二个外加应力高。
瞬时断裂区形成: 裂纹不断扩展,剩余面积减少, 外力除以剩余面积得到的应力,达到材料断裂强 度断裂.
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估算:工作应力约500 MPa;
表面与心部哪个区 域先转变M？表面。
表组织应力与热 应力状态恰好相反
组织应力 冷却开始 表层膨胀 基本不变 压应力 拉应力 冷却后期 基本不变 心部膨胀 拉应力 压应力
表层变化 心部变化 表面应力 心部应力
结论:组织应力形成的残余应力特点是表面拉应力,心 部压应力.是三维应力,表面切向拉应力最大.
叶片制造过程中约300MPa 残余应力
实测: 残余应力180MPa 还有共振应力.
重要观点: 成分、组织结构、残余应力共同作用决定材料性能许多 材料加工技术均存在残余应力（焊接、铸造、锻造）
结论：利用相变原理设计的表面改性工艺，必然产 生残余应力，影响性能关键因素，必须分析。
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问题：相变强化中残余应力 预测或者控制？
结论：1.利用相图分析是否会发生非平衡转变？会。在共析转变点处快速冷却。 2.采用与钢类似思路快速加热强化表面
讨论4（创新技术）：表面贝氏体工艺设计
下贝氏体硬度与马氏体接 近；但韧性好、变形小
设计表面获得B的工艺？
A奥氏体变为B；快速加热表面得A， 再快速冷却至贝氏体温度区保温。 （在Ms以上等温）
第2题用相图
α相:铁成为体心立方结构,氮原子固溶在晶格内部 γ相:铁成为面心立方结构,氮原子固溶在晶格内部
第3题：在加热过程中如果工件尺寸非常大，是否也会产生 热应力？ 1）如果产生说明表面与心部应力特点（压应力？拉应力 ？）如果不产生说明理由。 2）如果产生应力，为什么生产中一般情况下不考虑对性 能影响？