淬火裂紋講解
熱處理不當(dāng)引起的失效之鋼的淬火裂紋
在與冷擠壓或成型有關(guān)的任何熱處理過程中，如均勻化處理，預(yù)熱處理和退火，都可能產(chǎn)生缺陷和異常現(xiàn)象。過熱和過燒會(huì)降低強(qiáng)度和韌性。
零件的表面硬化處理時(shí)缺陷異常現(xiàn)象可能導(dǎo)致斷裂的另一個(gè)重要原因。例如，在受循環(huán)彎曲載荷或扭轉(zhuǎn)載荷的表面硬化零件中，疲勞裂紋往往開始于表層與心部的交界面（此處的強(qiáng)度梯度大）。
如果不采取預(yù)防措施，表面硬化處理可能影響真長炫彩所得的韌性，例如要求韌性好的零件中的尖缺口，就不應(yīng)當(dāng)滲碳或滲氮。如果零件需要表面硬化的話，應(yīng)遮住缺口區(qū)或通過機(jī)加工即磨削的方法除去缺口區(qū)的硬化層。
最后的熱處理和回火到所需的強(qiáng)度、延性和韌性是能導(dǎo)致脆性或韌性斷裂缺陷的另一類熱處理。淬火裂紋或脆化可能發(fā)生于不同的熱處理過程。
鋼的淬火開裂
鋼中的淬火裂紋來源于奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)體積增大所產(chǎn)生的應(yīng)力。淬火狀態(tài)下的馬氏體很硬，幾乎沒有延性。
由可淬透的合金鋼制成的零件進(jìn)行淬火時(shí)，在首先達(dá)到Ms溫度的最外層中首先形成馬氏體。由于馬氏體的膨脹，向下面較軟的奧氏體“作功”，而且馬氏體在外表面的膨脹幾乎不受限制。繼續(xù)冷卻以及靠近心部的材料達(dá)到Ms溫度時(shí)，新生馬氏體的膨脹受到早已經(jīng)形成的外層馬氏體的限制產(chǎn)生使表面張開的內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)馬氏體大量形成所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力大于零件外層淬火狀態(tài)下的馬氏體的拉伸強(qiáng)度時(shí)便出現(xiàn)開裂。
淬火裂紋有幾種易于辨認(rèn)的特征：
1.一般斷裂時(shí)呈一條相當(dāng)直的線條，從表面向心部眼神，裂紋也能拿張開或擴(kuò)展，還可能在邊緣表面出現(xiàn)剪切唇。
2.由于淬火裂紋發(fā)生在比較低的溫度，所以在進(jìn)行宏觀或微觀檢查時(shí)，不會(huì)發(fā)現(xiàn)裂紋有任何脫碳現(xiàn)象。
3.斷裂表面呈現(xiàn)戲精結(jié)構(gòu)。如果淬火后在回火，斷裂表面可能因氧化而變黑。（圖中A區(qū)為淬火裂紋擴(kuò)展斷面）
4.在高溫和氧化條件下回火后的淬火裂紋進(jìn)行微觀檢查發(fā)現(xiàn)有回火氧化皮。
控制開裂的因素
1.應(yīng)力集中：
淬火中遇到的任何應(yīng)力集中狀態(tài)都會(huì)加速淬火裂紋的形成，因此淬火時(shí)應(yīng)盡量避免或堵住如長方形鍵槽或孔洞等截面急劇變化的部位。通過從新設(shè)計(jì)改變下圖沖頭截面急劇變化的部位，方法是，加工出小的T—型截面，分開進(jìn)行熱處理。已經(jīng)經(jīng)發(fā)現(xiàn)，用來辨認(rèn)零件的冷沖標(biāo)記也成了淬火裂紋源。
2.冷卻速率：
零件質(zhì)量的分布和缺乏均勻或同心冷卻也可能加速淬火開裂。
冷卻越快的淬火劑，越能增加淬火硬化深度。因此，選擇適當(dāng)?shù)拇慊饎┏３Ｊ窍慊鹆鸭y的重要因素。最常用的淬火劑有，苛性溶液、熔融鹽、水、油、空氣。在苛性溶液中的淬火速度最快，而在靜止的空氣中淬火速度最慢。低熔點(diǎn)的鹽或金屬也用于較復(fù)雜的淬火處理。例如，馬氏體等溫淬火和奧氏體等溫淬火。
根據(jù)下列因素選擇熱處理程序，淬火劑及回火程序：
給出零件最佳使用壽命所應(yīng)有的硬度和機(jī)械性能。根據(jù)性能要求可以決定具體的顯微組織；
零件選用的合金鋼，它本身就決定了所需性能的熱處理性質(zhì)；
熱處理車間的設(shè)備；
按照車間具體條件考慮熱處理生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性。
由于淬火和回火（實(shí)質(zhì)上與正火或退火產(chǎn)品不同）是鋼的最重要的和最通用的熱處理方法，所以在選擇具體的熱處理程序和淬火劑以期得到所需的顯微組織時(shí)，必須懂得應(yīng)該考慮的基本因素，在大多數(shù)情況下，如果達(dá)不到所要求的性能，就會(huì)降低使用壽命，從概念上講，應(yīng)按淬火速度選擇淬火劑，也就是按淬火劑能達(dá)到足以產(chǎn)生所要求的顯微組織的冷卻速度。重要的是，在淬火后，工件應(yīng)盡快回火，以清除淬火時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。最好是當(dāng)工件還處于大約60~90℃的熱狀態(tài)下就從淬火劑中取出放入回火爐中。油淬時(shí)零件從淬火劑中取出回火爐時(shí)應(yīng)徐徐冒煙。
延遲開裂 ：
工件只有在淬火劑中才能產(chǎn)生淬火裂紋是人們的一個(gè)共同的錯(cuò)誤概念。實(shí)際上，個(gè)別零件在淬火后不回火，在淬火后的一小時(shí)，一天，甚至一個(gè)星期也產(chǎn)生發(fā)生淬火裂紋。
淬火裂紋開裂起因
鋼中產(chǎn)生淬火裂紋的一些較為普遍的原因如下：
奧氏體化處理時(shí)過熱，使正常的細(xì)晶粒鋼粗化。粗晶粒鋼淬的較深，比細(xì)晶粒鋼對(duì)淬火開裂更加敏感；
淬火劑選擇不當(dāng)，例如，對(duì)具體的零件和鋼種本來是油最適合的淬火劑，但是使用了水、鹽或堿溶液；
鋼種選擇不當(dāng);
淬火和回火之間的時(shí)間拖得太長；
回火前允許的零件下降溫度太低（主要適用于過共析鋼和工具鋼）；
鍵槽、孔、截面突變部分以及應(yīng)力集中處的設(shè)計(jì)不恰當(dāng)；
淬火時(shí)沒有考慮零件形狀，結(jié)果引起不均勻或偏心冷卻；
在確定一給零件是否會(huì)淬火開裂時(shí)，上面所列的項(xiàng)目對(duì)有些鋼種來說將比其他項(xiàng)目更重要。
即使零件不會(huì)淬火開裂，但是如果殘余應(yīng)力在與外加載荷相同的方向上起作用時(shí)，則熱處理到高強(qiáng)度（高硬度）的有局部殘余應(yīng)力集中的零件，就會(huì)可能在使用中發(fā)生瞬間斷裂。
文章來源于機(jī)械裝備缺陷與失效分析 ，作者錘子
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