淬火裂纹

淬火裂纹是指淬火冷却时淬火应力超过断裂强度时,在工件上形成的裂纹。工件一旦产生裂纹,将造成工件报废,因此预防淬火裂纹是热处理的一项重要任务。淬火裂纹大多产生在淬火冷却的过程中,其原因是淬火过程中的瞬时拉应力超过断裂强度;也有部分产生在结束淬火冷却过程之后,其原因是残余拉应力超过断裂强度。因此,研究淬火过程中的瞬时应力变化显得更加重要。

纵裂、弧裂、大型工件的纵劈与横断、边廓表面裂纹等为常见的淬火裂纹。

1)纵裂的产生主要是钢件某处截面上的切向拉应力超过了钢件的切向断裂强度时形成的一种脆性断裂。纵裂是典型的由组织应力引发的,常发生于淬透的工件。纵裂的预防措施:①采用冷却较慢的介质淬火,如油淬,也可采用水淬+油冷的双液淬火;②提高淬火的终冷温度。

2)弧裂的典型宏观形态为形状各异的曲(弧)面,从几个不同的视向观察时都呈弧形。

弧裂首先起裂于几何敏感部位的表面(如孔洞的内表面、凹碗面和截面突变处的薄截面一侧的表面等),其形成均与马氏体包围中的淬火屈氏体软斑的存在有关。通常弧裂的形成和扩展位于屈氏体软斑附近的马氏体组织内。

弧裂的致裂应力是组织差异应力,这种应力的形成条件主要与工件的结构特点有关。这种结构特点导致同一种工件上存在良好的淬火组织区和淬不上火的组织区域,在两区域的交界处产生组织差异造成的拉应力区,淬火裂纹产生在淬火马氏体一侧。

预防弧裂的措施:①加强非边角区域的冷却,减小产生弧裂区域的组织差异;②对几何敏感部位进行局部弱冷,如堵孔淬火,让孔内在高温区内冷速更缓。

3)大型零件淬火开裂形式为纵裂和横裂,均为热应力引起的残余应力诱发。

大型短圆柱形零件常为纵向裂开,当长度为直径的两倍左右时,有横断现象,多见于碳素工具钢,这些零件中心往往存在网状渗碳体,降低钢的强度并沿其扩展。