[发明专利]基于应力控制的本征应变重构及淬火残余应力控制方法

说明书

本发明公开了一种基于应力控制的本征应变重构及淬火残余应力控制方法，在材料或零件相变过程采用应力干预的方式改变材料相变过程所产生的相变塑性应变，进而改善淬火残余应力。本发明能够降低残余应力，得到高强韧性的材料或零件。

技术领域

本发明涉及一种金属材料的淬火残余应力控制方法，具体涉及一种基于应力控制的本征应变重构及淬火残余应力控制方法。

背景技术

工程机械是机械行业的重要组成部分，随着工程机械的发展，其钢材强度等级越来越高，不断向高强、高韧方向发展，700、800、1000、1300MPa及以上多个级别的工程机械用钢不断推向市场。从材料的强化机理看，为了降低材料成本，保证其焊接性能，多数工程机械用钢采用低合金含量成分体系，通过控制轧制、快速冷却，细化晶粒、控制析出以提高材料的强韧性。在快速冷却过程中，温度应力与组织相变交互作用，在材料内引入高幅值的残余应力，使材料制备过程中的平直度问题以及材料使用过程中残余应力释放所导致的畸变，成为制约基础材料发展的共性瓶颈问题。

但是，在残余应力研究以及应用领域，现有技术主要集中于残余应力表征、有限元计算领域，通过控制淬火过程的膜沸腾区、更换冷却介质等手段改善材料表面与冷却介质间的冷却均匀性，进而改善淬火残余应力。由于上述技术，均无法从根本上改变淬火相变过程中材料内的不均匀变形，因此，无法真正控制淬火过程相变残余应力的产生，导致淬火残余应力始终是制约国内、国外材料制造行业以及机械加工行业产品质量提升的关键技术瓶颈。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于应力控制的本征应变重构及淬火残余应力控制方法，能够降低残余应力，得到高强韧性的材料或零件。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于应力控制的本征应变重构及淬火残余应力控制方法，在材料或零件相变过程采用应力干预的方式改变材料或零件相变过程所产生的相变塑性应变，进而改善淬火残余应力。

进一步地，根据材料或零件芯部开始相变的时间点t₁和芯部相变完成的时间点t₂将淬火的连续冷却过程划分为三个阶段，在应力形成的第二阶段，即表面相变主导阶段，对材料或零件进行矫直加工，矫直机的压入深度为k，矫直后材料或零件芯部产生塑性应变ε_C-Ⅱ，以抵消表面相变所产生的塑性应变式中为第二阶段表面相变所产生的相变膨胀应变，为第二阶段表面相变所产生的相变塑性应变，减少第二阶段的芯部应力σ_C-II，进而减小第三阶段，即芯部相变主导阶段，的相变塑性应变降低淬火后材料或零件内的残余应力水平。

进一步地，压入深度k的设定原则为：矫直加工后，材料或零件表面所产生的最大延伸率

进一步地，矫直加工起始点为应力形成的第二阶段的起始点t₁，矫直加工终止点为应力形成的第三阶段的结束点t₂。

进一步地，根据材料或零件的动态CCT曲线、换热系数、导热系数、热膨胀系数以及弹性模量，采用有限元分析计算材料或零件表面开始相变的时间t₁及芯部相变结束时间t₂。

进一步地，本方法适用于热轧中厚板、热轧带钢的连续冷却过程及淬火过程。

本发明的有益效果是：