淬火裂紋講解
熱處理不當引起的失效之鋼的淬火裂紋
在與冷擠壓或成型有關的任何熱處理過程中，如均勻化處理，預熱處理和退火，都可能產(chǎn)生缺陷和異?，F(xiàn)象。過熱和過燒會降低強度和韌性。
零件的表面硬化處理時缺陷異?，F(xiàn)象可能導致斷裂的另一個重要原因。例如，在受循環(huán)彎曲載荷或扭轉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（此處的強度梯度大）。
如果不采取預防措施，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，就不應當滲碳或滲氮。如果零件需要表面硬化的話，應遮住缺口區(qū)或通過機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度、延性和韌性是能導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變時體積增大所產(chǎn)生的應力。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行淬火時，在首先達到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到Ms溫度時，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)應力，當馬氏體大量形成所產(chǎn)生的內(nèi)應力大于零件外層淬火狀態(tài)下的馬氏體的拉伸強度時便出現(xiàn)開裂。
淬火裂紋有幾種易于辨認的特征：
1.一般斷裂時呈一條相當直的線條，從表面向心部眼神，裂紋也能拿張開或擴展，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，所以在進行宏觀或微觀檢查時，不會發(fā)現(xiàn)裂紋有任何脫碳現(xiàn)象。
3.斷裂表面呈現(xiàn)戲精結構。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)為淬火裂紋擴展斷面）
4.在高溫和氧化條件下回火后的淬火裂紋進行微觀檢查發(fā)現(xiàn)有回火氧化皮。
控制開裂的因素
1.應力集中：
淬火中遇到的任何應力集中狀態(tài)都會加速淬火裂紋的形成，因此淬火時應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。通過從新設計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，分開進行熱處理。已經(jīng)經(jīng)發(fā)現(xiàn)，用來辨認零件的冷沖標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?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。低熔點的鹽或金屬也用于較復雜的淬火處理。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有的硬度和機械性能。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)；
熱處理車間的設備；
按照車間具體條件考慮熱處理生產(chǎn)的經(jīng)濟性。
由于淬火和回火（實質(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，必須懂得應該考慮的基本因素，在大多數(shù)情況下，如果達不到所要求的性能，就會降低使用壽命，從概念上講，應按淬火速度選擇淬火劑，也就是按淬火劑能達到足以產(chǎn)生所要求的顯微組織的冷卻速度。重要的是，在淬火后，工件應盡快回火，以清除淬火時產(chǎn)生的內(nèi)應力。最好是當工件還處于大約60~90℃的熱狀態(tài)下就從淬火劑中取出放入回火爐中。油淬時零件從淬火劑中取出回火爐時應徐徐冒煙。
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共同的錯誤概念。實際上，個別零件在淬火后不回火，在淬火后的一小時，一天，甚至一個星期也產(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：
奧氏體化處理時過熱，使正常的細晶粒鋼粗化。粗晶粒鋼淬的較深，比細晶粒鋼對淬火開裂更加敏感；
淬火劑選擇不當，例如，對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;
淬火和回火之間的時間拖得太長；
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力集中處的設計不恰當；
淬火時沒有考慮零件形狀，結果引起不均勻或偏心冷卻；
在確定一給零件是否會淬火開裂時，上面所列的項目對有些鋼種來說將比其他項目更重要。
即使零件不會淬火開裂，但是如果殘余應力在與外加載荷相同的方向上起作用時，則熱處理到高強度（高硬度）的有局部殘余應力集中的零件，就會可能在使用中發(fā)生瞬間斷裂。
文章來源于機械裝備缺陷與失效分析 ，作者錘子
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