車輪鍛件在冷卻過程中產生的應力主要包括以下三種類型，其形成原因和影響如下：

1. 熱應力（溫度應力）

• 成因：由于鍛件表面與內部的冷卻速度不同，導致溫度梯度。表面快速冷卻收縮，而內部仍處于高溫狀態，收縮較慢，形成不均勻的體積變化。

• 行車輪

• 應力分布：表面因受內部牽制產生拉應力，內部則形成壓應力。若內部后續冷卻收縮受阻，應力狀態可能反轉。

• 影響因素：冷卻速率、材料熱膨脹系數及導熱性。快速冷卻（如淬火）會加劇熱應力。

2. 相變應力（組織應力）

• 成因：冷卻過程中材料發生相變（如奧氏體→馬氏體），伴隨體積變化（如馬氏體體積膨脹）。不同部位相變順序不同導致應力。

• 應力分布：若表面先發生相變膨脹，可能受壓應力，而內部未相變區域受拉應力；后續內部相變可能調整應 力狀態。

• 影響因素：相變溫度區間、冷卻均勻性及材料相變特性（如含碳量影響馬氏體轉變體積變化）。

3. 殘余應力

• 成因：熱應力與相變應力的綜合作用，在冷卻完成后仍殘留在鍛件內部。

• 影響：可能導致變形、開裂或降低疲勞強度，需通過熱處理（如回火）消除或調整。

• 特點：殘余應力分布復雜，受鍛件幾何形狀、冷卻工藝及材料各向異性影響。

其他考慮因素

• 機械約束應力：若冷卻過程中存在外部夾具或模具限制收縮，可能引入額外應力，但通常非主要因素。

• 幾何復雜性：車輪結構（如輪輻、輪緣）因厚度差異導致局部冷卻速率不同，加劇熱應力集中。

總結

冷卻應力主要由熱應力和相變應力主導，最終形成殘余應力。合理控制冷卻速度、優化行車輪鍛件設計及采用適當熱處理是減少有害應力的關鍵措施。