1. Definizione
Lo stress strutturale, chiamato anche stress di trasformazione, è un tipo di stress interno generato durante il trattamento termico dell'acciaio, in particolare l'estinguimento.Risulta dalla trasformazione di fase asincrona e dalle differenze di volume specifico tra le microstruttureLa restrizione reciproca delle variazioni di volume nelle diverse sezioni del pezzo di lavoro ne fa una causa fondamentale di deformazione e crepa del trattamento termico.
2. Essenza e meccanismo di generazione
Le cause fondamentali
Le diverse fasi in acciaio hanno un volume specifico distinto (volume per unità di massa):
Austenite (γ) < Ferrite (α) < Pearlite < Bainite < Martensite (M)
La trasformazione da austenite a martensite porta una significativa espansione del volume del 3%~5%.
La superficie e il nucleo dei pezzi di lavoro hanno tassi di raffreddamento incoerenti, che portano a trasformazioni di fase asincrone e variazioni di volume non coordinate, che alla fine inducono lo stress strutturale.
Processo tipico di estinzione
Fase di raffreddamento iniziale (sopra il punto Ms)
La superficie si raffredda più velocemente e raggiunge la temperatura Ms prima, trasformandosi da austenite a martensite con l'espansione del volume.la superficie sopporta tensione di compressione mentre il nucleo sopporta tensione di trazione.
Fase di raffreddamento tardiva (sotto il punto Ms)
Il nucleo si raffredda fino al punto Ms e si trasforma in martensite con l'espansione del volume.Il nucleo in espansione stringe la superficie, causando l' inversione dello stress.
Distribuzione della tensione finale: tensione di trazione superficiale, tensione di compressione del nucleo (opposto alla tensione termica).
3Principali fattori di influenza dello stress strutturale
Composizione chimica
Il contenuto di carbonio più elevato aumenta la differenza di volume specifico della martensite e aumenta lo stress strutturale.
Elementi di lega come Cr, Ni e Mo abbassano la temperatura Ms, espandono la differenza di temperatura di trasformazione di fase, migliorano la indurimento e intensificano la trasformazione di sezione non uniforme,aumentando così lo stress strutturale.
Dimensione e forma del pezzo da lavorare
La dimensione della sezione più grande, lo spessore irregolare, gli angoli e le scanalature più affilate aggravano la trasformazione di fase asincrona, aumentando lo stress strutturale e la concentrazione dello stress.I piccoli pezzi di lavoro sono dominati da sollecitazioni strutturali, mentre le grandi sono dominate dallo stress termico.
Parametri del processo
Una temperatura di raffreddamento più elevata omogeneizza la composizione dell'austenite e ingrossano i grani, amplificando l'effetto di volume della trasformazione di fase e dello stress.Velocità di raffreddamento inferiore a Ms e maggiore indurimento ampliano la differenza di tempo di trasformazione di fase e il gradiente di trasformazione della martensite, aumentando ulteriormente lo stress strutturale.
Microstruttura iniziale
La perlite lamellare e la struttura a fasce causano una trasformazione di fase irregolare e uno stress più elevato.
4. Riassunto
Lo stress strutturale è un risultato inevitabile della trasformazione di fase asincrona e della differenza di volume specifico, caratterizzata dalla tensione superficiale e dalla compressione del nucleo.È il principale fattore di deformazione e di crepa.
Misure di controllo: ridurre la velocità di raffreddamento nella regione Ms, omogeneizzare la trasformazione di fase, effettuare temperazione tempestiva e ottimizzare la struttura del pezzo e la selezione dei materiali.è necessario bilanciare lo stress strutturale e lo stress termico per conciliare le prestazioni, rischi di deformazione e di crepa.