無變形淬火

淬火裂紋是指在淬火過程中或在淬火后的室溫放置過程中產(chǎn)生的裂紋。后者又叫時效裂紋。造成淬火開裂的原因很多，在分析淬火裂紋時，應(yīng)根據(jù)裂紋特征加以區(qū)分。

一、淬火裂紋的特征

在淬火過程中，當(dāng)淬火產(chǎn)生的巨大應(yīng)力大于材料本身的強(qiáng)度并超過塑性變形極限時，便會導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生。淬火裂紋往往是在馬氏體轉(zhuǎn)變開始進(jìn)行后不久產(chǎn)生的，裂紋的分布則沒有一定的規(guī)律，但一般容易在工件的尖角、截面突變處形成。

在顯微鏡下觀察到的淬火開裂，可能是沿晶開裂

沿晶開裂

也可能是穿晶開裂；有的呈放射狀，也有的呈單獨(dú)線條狀或呈網(wǎng)狀。

穿晶開裂

因在馬氏體轉(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。

因淬火加熱溫度過高而引起的淬火裂紋，都是沿晶分布，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。

沿晶裂紋

既有平直又有曲折部分。部分是穿晶，部分是沿晶裂紋

表面脫碳的高碳鋼工件，淬火后容易形成網(wǎng)狀裂紋。這是因?yàn)?，表面脫碳層在淬火冷卻時的體積脹比未脫碳的心部小，表面材料受心部膨脹的作用而被拉裂呈網(wǎng)狀。

二、非淬火裂紋的特征

淬火后發(fā)生的裂紋，不一定都是淬火所造成的，可根據(jù)下面特征來區(qū)分：淬火后發(fā)現(xiàn)的裂紋，如果裂紋兩側(cè)有氧化脫碳現(xiàn)象，則可以肯定裂紋在淬火之前就已經(jīng)存在。

淬火冷卻過程中，只有當(dāng)馬氏體轉(zhuǎn)變量達(dá)到一定數(shù)量時，裂紋才有可能形成。與此相對應(yīng)的溫度，大約在250℃以下。在這樣的低溫下，即使產(chǎn)生了裂紋，裂紋兩側(cè)也不會發(fā)生脫碳和出現(xiàn)明顯氧化。所以，有氧化脫碳現(xiàn)象的裂紋是非淬火裂紋。如果裂紋在淬火前已經(jīng)存在，又不與表面相通，這樣的內(nèi)部裂紋雖不會產(chǎn)生氧化脫碳，但裂紋的線條顯得柔軟，尾端圓禿，也容易與淬火裂紋的線條剛健有力，尾端尖細(xì)的特征區(qū)別開來。

三、磨削裂紋

金屬經(jīng)熱處理淬火后或滲碳淬火零件，在磨削時與磨削方向基本垂直的表面常常出現(xiàn)的裂紋。

磨削裂紋的特征 ： 磨削裂紋形狀特別，僅發(fā)生在磨削面上,與淬火裂紋在宏觀上觀察明顯不同，且磨削裂紋深度較淺。較輕的磨削裂紋垂直于或接近垂直于磨削方向呈平行分布，稱之為第Ⅰ類裂紋。較嚴(yán)重的裂紋呈龜甲狀,稱之為第Ⅱ類裂紋，習(xí)慣上叫做龜裂。其深度大致為0.03-0.20mm。用酸浸蝕后裂紋更加明顯易見

四、實(shí)例探討

一：軸，40Cr，經(jīng)鍛造、淬火后發(fā)現(xiàn)裂紋。裂紋兩側(cè)有氧化跡象，金相檢驗(yàn)，裂紋兩側(cè)存在脫碳層，而且裂紋兩側(cè)的鐵素體呈較大的柱狀晶粒，其晶界與裂紋大致垂直。

結(jié)論：裂紋是在鍛造時形成的非淬火裂紋。

當(dāng)工件在鍛造過程中形成裂紋時，淬火加熱即引起裂紋兩側(cè)氧化脫碳。隨著脫碳過程的進(jìn)行，裂紋兩側(cè)的碳含量降低，鐵索體晶粒開始生核。當(dāng)沿裂紋兩側(cè)生核的鐵素體晶粒長大到彼此接觸后，便向離裂紋兩側(cè)較遠(yuǎn)的基體方向生長。由于裂紋兩側(cè)在脫碳過程中碳濃度的下降，也是由裂紋的開口部位向內(nèi)部發(fā)展，因而為鐵素體晶粒的不斷長大提供了條件，故最終長大為晶界與裂紋相垂直的柱狀晶體。

二：半軸套座，40Cr，淬火后出現(xiàn)開裂。金相檢驗(yàn)，裂紋兩側(cè)有全脫碳層，其中的鐵素體呈粗大柱狀晶粒，并與裂紋垂直。全脫碳層內(nèi)側(cè)的組織為板條馬氏體加少量托氏體，這種組織是正常淬火組織。

結(jié)論：在加工過程中未經(jīng)鍛造，因此屬原材料帶來的非淬火裂紋。

三：齒輪銑刀，高速鋼，淬火后在內(nèi)孔壁上出現(xiàn)裂紋。金相檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)裂紋附近的碳化物呈不均勻的帶狀分布。

結(jié)論：這是由于組織不均勻所造成的淬火裂紋。

當(dāng)鋼的顯微組織中存在碳化物聚集時，這些地方碳和合金元素的含量比較高，造成臨界溫度降低。因此，即使是在正常的溫度下進(jìn)行淬火加熱，對于碳化物聚集處來講，加熱溫度已顯得過高了。其結(jié)果是這些地方出現(xiàn)過熱組織，降低了鋼的強(qiáng)度，淬火冷卻時，在應(yīng)力作用下產(chǎn)生開裂。

高速鋼的碳化物不均勻性是這種鋼的重要質(zhì)量指標(biāo)之一。為減少或預(yù)防這類缺陷發(fā)生，冶金廠和使用廠都在不斷采取措施，如使用廠用改鍛工藝來均勻組織。當(dāng)碳化物不均勻性的改善程度受到限制時，可在保證硬度的前提下采用較低淬火加熱溫度來避免過熱組織產(chǎn)生。

四：W18Cr4V鋼制模具，高溫鹽浴中加熱后油冷，發(fā)現(xiàn)開裂。從裂紋特征上看是冷卻過快所致。因工件截面較大，冷卻時內(nèi)外溫差也大，當(dāng)表面轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體時，內(nèi)部仍處于奧氏體狀態(tài)，以后的冷卻過程中才逐步轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，致使表層受內(nèi)部體積脹大的作用承受很大的拉應(yīng)力而開裂。因此，可以判斷為淬火裂紋。

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