钢制零件形成淬火裂纹的原因分析

卧龙吞江

钢制零件在生产过程中产生废品或在使用期间的失效，原因是多方面的，但淬火裂纹的出现却是一个重要原因。


由于零件在淬火过程中，表面和心部的冷却速度不一样，因此形成马氏体的先后也不一样。当零件表面先形成马氏体时，便给尚处于奥氏体状态的心部以拉力，这时，由于奥氏体的塑性很好，此应力可以通过奥氏体的塑性变形而被松驰。但是，当这部分奥氏体冷却下来向马氏体转变时，由于先期形成的马氏体硬度高，脆性大，塑性极小，故后形成的马氏体部分对它产生的拉应力迅速增大。一旦超过材料的强度极限，就会引起开裂。另外，即使这种拉应力没有超过材料的强度极限，但由于材料内部的缺陷而造成强度降低，也会引起开裂。这就是引起淬火开裂的物理机理，在实际生产过程中，又具体以8种形式表现出来。
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1 原材料已有缺陷而导致的淬裂

如果原材料表面和内部有裂纹，在热处理之前未发现，有可能形成淬火裂纹。在金相显微镜下观察，该裂纹两侧有脱碳层，且脱碳层中铁素体的晶粒粗大。
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  J. f+ L* r( W* g: @9 ?1 ]2 夹杂物导致的淬裂

如果零件内夹杂物严重，容易造成应力集中，淬火时将有可能产生裂纹。

3 因原始组织不良而导致的淬裂
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（1）若钢的显微组织具有严重的带状偏析或化学成分严重偏析，在淬火时会引起极大的组织转变应力。再者，碳化物聚集处易发生过烧现象，因而使零件容易发生开裂。
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' e+ t4 J! H% e（2）如果钢在淬火前残余内应力较大，在淬火时容易造成开裂，出现该情况的零件，往往存在晶粒粗大，有魏氏组织等现象。

0 P  ~. ?7 l: V( t+ I0 v! f（3）零件经一次淬火后若需返修，在第二次淬火前又未经消除组织应力，则有可能在第二次淬火中产生裂纹，其裂纹往往沿着第一次的淬硬层分布。
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/ K" F7 X( Z6 k2 `, F7 y4 淬火温度不当而造成的两种淬裂
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（1）仪表的指示温度低于炉子实际温度，使实际淬火温度偏高，造成过热淬火，导致零件发生开裂。凡过热淬火开裂的显微组织，均存在着晶粒粗大和粗大马氏体，产生的裂纹主要以沿晶的形式存在。
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（2）钢件实际含碳量高于钢材牌号所规定的含量，若按原牌号作正常工艺淬火时，等于提高了钢的淬火温度，故容易造成零件过热和晶粒长大，使淬火时应力增大而可能引起淬裂。

- U4 a; F2 d4 q. M5 淬火时冷却不当而造成的淬裂
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  y  c% J9 N$ ^$ t: [* v淬火时由于冷却不当，也会使零件发生淬裂事故。例如45号钢在淬火时有形成淬火裂纹的倾向。尤其当碳含量处于上限以及零件直径在7～8MM时易发生开裂。故淬火时选择合适的冷却介质极其重要。另外，一些零件的结构较复杂，截面尺寸变化又较大，如果冷却剂选择不当，壁薄部位容易造成应力集中而导致淬裂。

6 机械加工缺陷导致的淬裂
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由于机械加工不良，在零件表面留下了深而粗的刀痕，在淬火冷却时，造成该处应力集中而导致裂纹。
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7 零件外形对淬火裂纹的影响
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' `6 |$ u! {, m4 H  @6 D零件几何形状不合理或截面过渡区厚薄相差较大，在淬火时均易因应力集中而产生裂纹，另外，若零件的锻造流线分布不良，亦可能在淬火时造成淬裂缺陷。
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  P2 p& x. k) F$ r5 b: g0 I/ \8 不及时回火导致的开裂

) p$ r0 K' K# x2 \# c; E& Z. f' k淬火后如不能及时回火，以致组织应力未能及时消除，将可能因淬火残余应力过大而导致裂纹的产生。特别是对于尺寸较大的工件，淬火后虽然表面已冷到室温，但心部尚未冷透，心部奥氏体组织仍在向马氏体转变，应力在不断增加，也就是说，淬火过程还在零件内部继续进行，以致在室温放置一段时间后，零件才发生开裂。