材料因素造成的淬火裂纹

上海恒精机电设备有限公司 （201707） 江国清 林信智

感应淬火零件的材料成分、材料质量和原始应力状态，都将影响零件淬火裂纹的产生与消除。

零件的材料成分决定于零件的服役条件。对于制造结构零件的低碳钢、中碳钢和中碳合金钢而言，淬火硬度与含碳量成正比，零件的服役条件要求有较高耐磨性时，所选材料应有较高的含碳量，以保证零件感应淬火后有较高的表面硬度。不过，当材料wC≥0.5%时，材料淬火裂纹倾向大为增加。

若零件在大扭矩或大弯矩作用下工作，要求零件有高的静强度和疲劳强度，零件淬火后有足够深的硬化层。零件材料除有一定的含碳量外，还要加入一定量的合金元素，以保证材料有较高的淬透性，然而随着含碳量的提高和某些合金元素的加入，都将增加淬火裂纹的敏感性。

铸钢和铸铁零件多存在砂眼、气孔或非金属夹杂物，这些缺陷都是淬火裂纹的发源地。非金属夹杂物中特别是分布在晶界上的初晶硫化物，对淬火裂纹产生有极大的促进作用。

零件的淬火部位中存在的原材料裂纹和锻造折叠，在感应淬火时有扩大的趋势，并能产生局部烧熔现象。零件感应淬火前的原始应力状态，对淬火裂纹也有明显的影响。有些零件在感应淬火前的加工中，使零件内部积蓄了较大的内应力，这种应力也将成为引发淬火裂纹的重要因素。

1.冷拔应力能够引发淬火裂纹

45钢的载重汽车转向节主销，是由φ42mm的圆钢，经过几次冷拔成为φ39mm的圆钢，再由自动车床切断，用无心磨床磨至φ38.5mm，再进行中频淬火。淬火前检验，零件表面有4～5mm的冷作硬化层，冷拔产生的应力对淬火裂纹有明显的促进作用。主销毛坯在淬火前经650℃保温lh的高温回火，经金相检验，晶粒全部变为等轴晶粒，证明冷作硬化应力已完全消除。经高温回火的主销，感应淬火裂纹明显减少，见表1。

2.冷轧应力对淬火裂纹的影响

冷轧成形的花键轴，花键键齿的齿顶和齿根有很大的残留应力，这种应力对花键轴的感应淬火裂纹也有强烈的引发作用。将冷轧花键轴经不同温度回火，其残留应力有不同程度的降低，淬火裂纹也随之减少，甚至消除。残留应力对淬火裂纹的影响见表2。

表1 毛坯状态对淬火裂纹的影响

表2 残留应力对淬火裂纹的影响

残留应力能够促使或引发淬火裂纹的事实是众所周知的，然而对其作用机理研究得还不够深入。现在笔者试图用金属学的一般知识给这种现象以如下解释：残留应力的存在，增加了金属晶格的畸变能，从而使相变易于进行。在相同的条件下，残留应力越大，奥氏体转变进行得越快，使其饱和度越大，淬火后马氏体的正方度自然也大，因此组织应力会有增加，淬裂的倾向性自然增大。

（20131213）