鋼鐵零件在熱處理時(shí)出現(xiàn)廢品是平常事，其原因是零件在加熱和冷卻過程中不可避免產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力來(lái)源有兩個(gè)方面。一方面由于冷卻過程中零件表面與中心冷卻速度不同，其體積收縮在表面與中心也就不一樣。這種由于溫度差而產(chǎn)生體積收縮量不同所引起的內(nèi)應(yīng)力稱做“熱應(yīng)力”。另一方面，鋼件在組織轉(zhuǎn)變時(shí)比體積發(fā)生變化，比如奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體時(shí)比體積增大。由于零件斷面上各處轉(zhuǎn)變的先后不同，其體積變化各處不同，由此引起的內(nèi)應(yīng)力稱做“組織應(yīng)力”。

零件在淬火時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力最大，因此淬裂現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。導(dǎo)致淬裂的原因是多種多樣的，現(xiàn)介紹如下。

原材料已有缺陷

如果原材料表面和內(nèi)部有裂紋或夾雜物等缺陷，在熱處理之前未發(fā)現(xiàn)，有可能形成淬火裂紋。圖1所示為45鋼機(jī)軸縮孔和夾雜物引起的淬火裂紋。

這些原材料缺陷通常包括：宏觀偏析、固溶體偏析、固溶氫、鍛軋缺陷、夾渣、鐵素體珠光體帶狀組織及碳化物帶狀組織等。

圖1 縮孔和夾雜物引起的開裂

原始組織不良

淬火前工件原始組織要求細(xì)小而均勻，若原始組織不均勻，例如，帶狀偏析嚴(yán)重，晶粒粗大，在淬火時(shí)容易造成開裂。如下圖2，Cr12MoV鋼碳化物網(wǎng)狀偏析造成淬火開裂形貌，原始組織為片狀珠光體的鋼件，必須嚴(yán)格控制淬火加熱溫度和保溫時(shí)間。否則，將因鋼件過熱導(dǎo)致產(chǎn)生淬火開裂。

圖2 Cr12MoV鋼碳化物網(wǎng)狀偏析淬火裂紋

夾雜物

如果零件內(nèi)夾雜物嚴(yán)重，或本身因夾雜物嚴(yán)重而已隱藏有裂紋，淬火時(shí)將有可能產(chǎn)生裂紋。

淬火溫度不當(dāng)

淬火溫度不當(dāng)引起零件淬裂，一般有兩種情況。其一，儀表的指示溫度低于爐子實(shí)際溫度，使實(shí)際淬火溫度偏高，造成過熱淬火，導(dǎo)致工件發(fā)生開裂。凡過熱淬火開裂的顯微組織，均存在著晶粒粗大和粗大的馬氏體，通常是沿晶分布，裂紋尾端尖細(xì)，并呈現(xiàn)過熱特征：結(jié)構(gòu)鋼中可觀察到粗針狀馬氏體；工具鋼中可觀察到共晶或角狀碳化物。。其二，鋼件實(shí)際含碳量高于鋼材牌號(hào)所規(guī)定的含量，若按原牌號(hào)正常工藝淬火時(shí)，等于提高了鋼的淬火溫度，故容易造成零件過熱和晶粒長(zhǎng)大，使淬火時(shí)應(yīng)力增大而可能引走淬裂。

淬火時(shí)冷卻不當(dāng)

淬火時(shí)由于冷卻不當(dāng)，也會(huì)使零件發(fā)生淬裂事故，一般有兩種情況。其一，采用過快的冷卻速度的介質(zhì)冷卻，如合金鋼，尤其是高合金鋼水淬時(shí)容易造成開裂。其二，零件結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，截面尺寸變化又較大，在冷卻時(shí)壁薄部位容易造成應(yīng)力集中而導(dǎo)致淬裂。

在馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)的冷卻過快而引起的淬火裂紋往往是穿晶分布，而且裂紋較直，周圍沒有分枝的小裂紋。 

機(jī)械加工缺陷

由于機(jī)械加工不良，在零件表面留下了深而粗的刀痕，盡管是很簡(jiǎn)單的零件或不是應(yīng)力集中的地方，也會(huì)在淬火時(shí)造成開裂，或在服役中發(fā)生早期損壞。

不及時(shí)回火

淬火后的零件存在很大的內(nèi)應(yīng)力，如果不能及時(shí)回火，將可能因淬火殘余應(yīng)力過大而導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生。對(duì)于工、模具鋼，淬火后及時(shí)回火尤其重要。此外，回火必須充分，使馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗馉顟B(tài)，同時(shí)使殘余奧氏體盡可能消除。回火不充分的工、模具常會(huì)發(fā)生早期失效。圖3所示為高速鋼回火程度不同的組織示意。

西安福萊特?zé)崽幚碛邢薰?/a>(029-88330370)擁有齊全的冷熱加工設(shè)備及檢測(cè)手段,是一家專門從事金屬材料熱處理工藝研發(fā)、工藝協(xié)作,機(jī)械加工,及工業(yè)加熱設(shè)備設(shè)計(jì)、制造,粉末冶金,生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)實(shí)體。

鋼鐵零件在熱處理時(shí)出現(xiàn)廢品是平常事，其原因是零件在加熱和冷卻過程中不可避免產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力來(lái)源有兩個(gè)方面。一方面由于冷卻過程中零件表面與中心冷卻速度不同，其體積收縮在表面與中心也就不一樣。這種由于溫度差而產(chǎn)生體積收縮量不同所引起的內(nèi)應(yīng)力稱做“熱應(yīng)力”。另一方面，鋼件在組織轉(zhuǎn)變時(shí)比體積發(fā)生變化，比如奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體時(shí)比體積增大。由于零件斷面上各處轉(zhuǎn)變的先后不同，其體積變化各處不同，由此引起的內(nèi)應(yīng)力稱做“組織應(yīng)力”。

零件在淬火時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力最大，因此淬裂現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。導(dǎo)致淬裂的原因是多種多樣的，現(xiàn)介紹如下。

原材料已有缺陷

如果原材料表面和內(nèi)部有裂紋或夾雜物等缺陷，在熱處理之前未發(fā)現(xiàn)，有可能形成淬火裂紋。圖1所示為45鋼機(jī)軸縮孔和夾雜物引起的淬火裂紋。

這些原材料缺陷通常包括：宏觀偏析、固溶體偏析、固溶氫、鍛軋缺陷、夾渣、鐵素體珠光體帶狀組織及碳化物帶狀組織等。

圖1 縮孔和夾雜物引起的開裂

原始組織不良

淬火前工件原始組織要求細(xì)小而均勻，若原始組織不均勻，例如，帶狀偏析嚴(yán)重，晶粒粗大，在淬火時(shí)容易造成開裂。如下圖2，Cr12MoV鋼碳化物網(wǎng)狀偏析造成淬火開裂形貌，原始組織為片狀珠光體的鋼件，必須嚴(yán)格控制淬火加熱溫度和保溫時(shí)間。否則，將因鋼件過熱導(dǎo)致產(chǎn)生淬火開裂。

圖2 Cr12MoV鋼碳化物網(wǎng)狀偏析淬火裂紋

夾雜物

如果零件內(nèi)夾雜物嚴(yán)重，或本身因夾雜物嚴(yán)重而已隱藏有裂紋，淬火時(shí)將有可能產(chǎn)生裂紋。

淬火溫度不當(dāng)

淬火溫度不當(dāng)引起零件淬裂，一般有兩種情況。其一，儀表的指示溫度低于爐子實(shí)際溫度，使實(shí)際淬火溫度偏高，造成過熱淬火，導(dǎo)致工件發(fā)生開裂。凡過熱淬火開裂的顯微組織，均存在著晶粒粗大和粗大的馬氏體，通常是沿晶分布，裂紋尾端尖細(xì)，并呈現(xiàn)過熱特征：結(jié)構(gòu)鋼中可觀察到粗針狀馬氏體；工具鋼中可觀察到共晶或角狀碳化物。。其二，鋼件實(shí)際含碳量高于鋼材牌號(hào)所規(guī)定的含量，若按原牌號(hào)正常工藝淬火時(shí)，等于提高了鋼的淬火溫度，故容易造成零件過熱和晶粒長(zhǎng)大，使淬火時(shí)應(yīng)力增大而可能引走淬裂。

淬火時(shí)冷卻不當(dāng)

淬火時(shí)由于冷卻不當(dāng)，也會(huì)使零件發(fā)生淬裂事故，一般有兩種情況。其一，采用過快的冷卻速度的介質(zhì)冷卻，如合金鋼，尤其是高合金鋼水淬時(shí)容易造成開裂。其二，零件結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，截面尺寸變化又較大，在冷卻時(shí)壁薄部位容易造成應(yīng)力集中而導(dǎo)致淬裂。

在馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)的冷卻過快而引起的淬火裂紋往往是穿晶分布，而且裂紋較直，周圍沒有分枝的小裂紋。 

機(jī)械加工缺陷

由于機(jī)械加工不良，在零件表面留下了深而粗的刀痕，盡管是很簡(jiǎn)單的零件或不是應(yīng)力集中的地方，也會(huì)在淬火時(shí)造成開裂，或在服役中發(fā)生早期損壞。

不及時(shí)回火

淬火后的零件存在很大的內(nèi)應(yīng)力，如果不能及時(shí)回火，將可能因淬火殘余應(yīng)力過大而導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生。對(duì)于工、模具鋼，淬火后及時(shí)回火尤其重要。此外，回火必須充分，使馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗馉顟B(tài)，同時(shí)使殘余奧氏體盡可能消除?；鼗鸩怀浞值墓ぁ⒛＞叱?huì)發(fā)生早期失效。圖3所示為高速鋼回火程度不同的組織示意。

西安福萊特?zé)崽幚碛邢薰?/a>(029-88330370)擁有齊全的冷熱加工設(shè)備及檢測(cè)手段,是一家專門從事金屬材料熱處理工藝研發(fā)、工藝協(xié)作,機(jī)械加工,及工業(yè)加熱設(shè)備設(shè)計(jì)、制造,粉末冶金,生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)實(shí)體。