热处理变形与裂纹.doc

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1、热处理变形与裂纹工件热处理后常产生变形和开裂，其结果不是报废，也要花大量工时进行修整。工件变形和开裂是由于在冷、热加工中产生的应力所引起的。当应力超过弹性极限时，工件产生变形；应力大于强度极限时，工件产生裂纹。热处理中热应力和组织应力是怎样产生的？只有不断认识这个问题，才能采用各种工艺方法来减小和近控制这两种应力。在加热和冷却时，由于工件热胀冷缩而产生的热应力和组织转变产生的组织应力是造成变形和开裂的主要原因，而原材料缺陷、工件结构形状等因素也促使裂纹的产生和发展。后面主要叙述热处理操作中的变形和开裂产生原因及一般防止方法，也讨论原材料质量、结构形状等对变形和开裂的影响。一、 钢的缺陷类型1、

2、 缩孔：钢锭和铸件在最后凝固过程中，由于体积的收缩，得不到钢液填充，心部形成管状、喇叭状或分散的孔洞，称为缩孔。缩孔将显著降低钢的机械性能。2、 气泡：钢锭在凝固过程中会析出大量的气体，有一部分残留在处于塑性状态的金属中，形成了气孔，称为气泡。这种内壁光滑的孔洞，在轧制过程中沿轧制方向延伸，在钢材横截面的酸浸试样上则是圆形的，也叫针孔和小孔眼。气泡将影响钢的机械性能，减小金属的截面，在热处理中有扩大纹的倾向。3、 疏松：钢锭和铸件在凝固过程中，因部分的液体最后凝固和放出气体，形成许多细小孔隙而造成钢的一种不致密现象，称为疏松。疏松将降低钢的机械性能，影响机械加工的光洁度。4、 偏析：钢中由于某

3、些因素的影响，而形成的化学成份不均匀现象，称为偏析。如碳化物偏析是钢在凝固过程中，合金元素分别与碳元素结合，形成了碳化物。碳化物（共晶碳化物）是一种非常坚硬的脆性物质，它的颗粒大小和形状不同，以网状、带状或堆集不均匀地分布于钢的基体中。根据碳化物颗粒大小、分布情况、几何形状、数量多少将它分为八级。一级的颗粒最小，分布最均匀且无方向性。二级其次，八级最差。碳化物偏析严重将显著降低钢的机械性能。这种又常常出现于铸造状态的合金具钢和高速钢中。对热处理工艺影响很大，如果有大块碳化物堆集或严重带状分布，聚集处含碳量较高，当较高温度淬火时，工件容易因过热而产生裂纹。但为了避免产生裂纹，而降低淬火温度，结果

4、又会使硬度和红硬性降低。碳化物偏析严重将直接影响产品质量，降低使用寿命或过早报废。5、 非金属夹杂物：钢在冶炼、浇铸和冷凝等过程中，渗杂有不溶解的非金属元素的化合物，如氧化物、氮化物、硫化物和硅酸盐等、总称为非金属夹杂物。钢中非金属夹杂物存在将破坏基体金属的连续性，影响钢的机械性能、物理性能、化学性能及工艺性能。在热处理操作中降低塑性和强度而且夹杂物处易形成裂纹。在使用过程中也容易造成局部应力集中，降低工件使用寿命。夹杂物的存在还降低钢的耐腐蚀性能。6、 白点：钢经热加工后，在纵向断口上，发现有细小的裂纹，其形状为圆形或椭圆形的，呈银亮晶状斑点。在横向热酸宏观试样上呈细长的发裂，显微观察裂缝穿

5、过晶粒，裂缝附近不发现塑性变形，裂缝处无氧化与脱碳现象。这种缺陷称为白点。白点将显著降低横向塑性与韧性，在热处理中易形成开裂。7、 氧化与脱碳：钢铁在空气或氧化物气氛中加热时，表面形成一层松脆的氧化皮，称为氧化。表面的碳被“燃烧”使表面的碳分减少或完全失去。这种现象称为脱碳。钢的表面脱碳将降低表层机械性能。对需淬火的钢得不到所需的硬度，尤其工具钢和轴承钢热处理时会形成淬火软点。高速工具钢会降低红硬性。氮化零件氮化前表面脱碳，使氮在表层具有很大的饱和度，形成脆性。8、 过热和过烧：钢在加热时，超过正常加热温度或保时间过长，使奥氏体晶粒过于粗大的现象称为过热。这将影响钢的机械化性能和工艺性能。锻造

6、时过热是形成裂纹的原因之一。淬火过热后具有粗大的针状马氏体组织，韧性较低，也往往使淬火零件的内应力增大，产生变形与开裂。过热还使钢出现严重的氧化与脱碳。钢的加热温度接近于熔化温度，沿晶界处产生熔化或氧化现象，称为过烧。过烧后钢的强度很低，脆性很大。在锻造或热处理时必然会裂开，断口失去金属光泽。钢的过烧是无法用热处理或其它方法补救。9、 脆性：金属材料，由于某些原因受力突然断裂，其韧性（有时是塑性）强烈下降，其它机械性能下降不大或不变（有的性能甚至反而上升如硬度），在断裂的过程中没有明显的变形特征，这种现象称为脆性。脆性将显著地降低钢的冲击韧性与塑性，产生一次断裂。10、 疲劳：金属长期受不同形

7、式的交变负荷作用时，在工作应力显著低于抗拉强度的应力下发生断裂的现象称为疲劳。二、 热处理基本应力:热处理基本的内应力可分为：工件因内外温差所引起的内应力称为“热应力”；工件内外组织不同时转变，或同一截面存在着组织不同造成比容差异所引起的内应力称为“组织应力”。热处理后工件中的残留应力，就是在急冷过程中由于上述应力叠加作用的结果，所以又叫“残余应力”。1、热应力：将钢件加热到组织转变点（A1）以下，随即急冷到室温，工件中的内应力是“热应力“。热应力在工件上有三个方向情况，沿直径方向心部为拉应力，表面为零，一般不予考虑。沿心轴方向和切线方向表面都是压应力，心部也同是拉应力，特别是心部轴向应力很大

8、。常见的大型轴类零件如轧辊等，因轴向残余热应力最大值是在工件半径的中心部位附近；再加上心部往往存在着气孔、夹杂、白点、锻造裂纹等缺陷，因些，在巨大轴向拉应力的作用下，成为断裂的起点，最终发展为横向断裂。这是热应力对大工件造成不利的一面；但在急冷时热应力使工件表面产生压应力，对提高一般形状简单的小轴类零件抗疲劳能力是有利的。急冷热应力有二个特点：一是使工件表面产生压应力，心部产生拉应力。二是大型轴类零件心部轴向拉应力特别大。2、组织应力：将奥氏体稳定性很高的铁镍合金试样自900缓冷至马氏体转变点（Ms）点330以上时，热应力可以认为在缓慢冷却并通过塑性变形等过程松驰掉。当试样在330冰水中淬火，

9、表面首先转变为马氏体，而心部仍然是奥氏体。因马氏体比容大于奥氏体的比容。所以表面先膨胀，而未发生组织转变的心部却阻碍其膨胀，这时表面承受心部的反抗作用是压应力而心部受拉应力。在这两种比容不同所产生应力的作用下，引起心部不均匀塑性变形。变形情况是工件体积在最大线度方向伸长工件表面趋向凹形，尖角突出。心部继续冷却时，奥氏体也开始转变为马氏体要发生体积膨胀，因此，心部承受压应力，表面为拉应力。这种应力一直残留到室温又叫残余组织应力。 组织应力的特点是工件表面受拉应力，心部受压应力。而且靠近表面层切向拉应力大于轴向拉应力。此外，工件在淬火时，由于钢的淬透性以及冷却速度不同往往不可能完全淬透，淬火后表面

10、获得马氏体，心部仍然是珠光体型，因在同一截面上出现不同组织，所以比容有差别，这种由比容所引起的内应力也是组织应力。其特点是在不同组织交界处附近产生很大的内应力，比容大的淬透层与心部交界处外产生压应力，界内产生拉应力。从以上所讨论的情况来看，在急冷过程中，组织应力与热应力的分布恰好相反。一般钢件加热到相变温度以下如奥氏体不锈钢、高锰钢无相变工件加热到淬火温度，急冷时都只能产生热应力；而对于急冷时有相变的工件则是组织应力和热应力同时产生。所以一般工件淬火后产生的残余应力，是由热应力和组织上应力综合作用的结果。还由于原材料化学成份和冶金质量差异，工件结构尺寸和形状的不同，冷却速度的快慢等等，影响因素

11、远比上述分析复杂，困此在解决实际问题时，要做全面的分析，找出是热应力还是组织应力起主导作用，来判别变形趋向和裂纹产生的可能性。通过各种措施以控制变形和防止裂纹的产生。三、 淬火变形产生的原因及防止方法工件因热处理引起的变形，可分为：形状变化弯曲和翘曲。 体积变化胀大和收缩。由组织转变而引起的体积变化是热处理中不可避免的。1、 弯曲变形：（1）影响弯曲变形的因素：工件加热不均、冷却不当、形状特殊、冷加工时残余应力过大以及加热过程中工件自重等因素，都对产生弯曲变形有一定影响。在热应力和组织应力的作用下，上述因素更促使变形的产生。现结合生产中遇到的情况加以说明：（2）实例:(a)、加热不均造成变形：

12、见附图“龙门剪刀片变形示意图，材料为GCr15，要求硬度为HRC5860。因为工件较长，在燃油炉中水平放置加热，淬火后发现侧弯35mm，校直困难。分析原因：在炉中加热时靠炉底这个侧面加热缓慢，温度稍低，上部加热充分，温度较高，又因工作时翻动不够，使上下两面因温度差别而膨胀不一致淬油前就产生一定弯曲。另外淬火后加热充那一面，奥氏体化均匀，溶入碳量较多，使上下两面马氏体比容差大，更加大了弯曲变形量。所以在淬火时加热要均匀，保温要充分。(b)、冷却浸入方式不对引起弯曲：见附图为棒状或平板形工件，不是垂直浸入冷却剂，造成先下水那一面先冷却收缩（热应力作用），当继续冷却时组织转变发生膨胀，上部冷却收缩成

13、图b所示，工件再继续冷却时，上部也发生组织转变，弯曲只能得到稍有恢复。（c）、截面形状不对称造成弯曲：工件截面不对称，淬入冷却剂后会产生截面各处冷却快慢的差别造成弯曲变形。（d）、由于工件自重引起加热时弯曲：工件在炉中放置的方法不对，或者因为炉底的凹凸不平，以及工件的捆扎方法不正确，都会因自重而在加热时产生弯曲变形。（e）、其它变形：高速钢、CR12等合金钢工件，在作分级淬火时，如分级温度较高，出炉后冷却不当，也会引起工件变形。如高速钢薄片刀，一次500度分级淬火，出热浴后平放在地上，结果靠地面一边凸起，分析原因：从热浴中取出后，工件内部组织仍为过冷奥氏体，当平放于地面时，下面靠地面因先冷使组

14、织先发生转变引起体积膨胀，引起变形。如果出浴后悬挂空冷不注意，靠鼓风机一侧也会产生类似的情况。又如几个工件捆扎或紧靠在一起时也会发生弯曲变形。如两零件紧靠浸入冷却剂中冷却时因两内侧面冷却不良工件两面冷却速度不同便产生向外侧凸起弯曲变形。靠边外侧硬度高，内侧硬度低。（f）、冷加工残余应力引起热处理变形：如工件在热处理前存在着加工残余应力，则在热处理中加工残余应力会使工件发生变形：强烈磨削加工之后使工件在热处理时产生较大变形，在车削时产生的塑性变形造成热处理时有更大变形。解决的方法是淬火前工件应进行550600度低温退火以消除加工残余应力。（3）、减少弯曲变形的措施：弯曲变形虽然可以校直，但增加了

15、工作量，有时还会发生废品。减少变形常用方法如下：（A）、正确选材和合理设计：对于形状复杂截面悬殊的零件，最好采用合金结构钢用油淬，以减少变形。复杂的模具、量具可采用微变形钢用分级或等温淬火来减少变形。在设计零件时不仅考虑承受外力和结构的需要，而且要考虑到热处理时变形和开裂，因此尽量采用对称截面。（B）、正确选择浸入方式：正确的浸入方式主要考虑通过调整冷却顺序达到均匀冷却和防止汽泡产生目的。（C）、采用加强筋：在预知淬火后的变形方向时，可在易变形方向上增加补强筋防止变形。（D）、采用快速加热淬火：采用普通加热和分级淬火不能解决时，可用快速加热淬火来控制变形 。（E）、长杆件吊重锤加热：对于细长轴

16、类零件吊重锤加热淬火可以防止加热及冷却时造成弯曲变形。（F）、模压淬火：采用淬火压床可减少工件在淬火中翘曲。如气体渗碳后大型螺旋齿轮淬火就是采用这个方法。在一般工厂也可以用土办法按模压的原理来处理易变形的工件。如薄而长的刀片加热后夹入两根方铁中夹紧再淬火，对圆锯片、摩擦片等都可采用铜块夹住在手压机下冷却，均能有效地防止变形。（G）、控制水中停留时间：控制在水中停留时间长短可以控制变形量。2、 体积变形： (1)：热应力和组织应力对变形的影响：由热应力所引起的变形归纳起来是热应力引起的弯曲、扭曲变形和工件加热冷却不均匀分不开的。这种变形可能是弹性的，也可能是塑性的。组织应力引起的体积变化规律列入

17、后附表格。（2）：影响体积变形的因素：（A）：淬透性的影响：淬透性好的钢，如一般合金工具钢，淬火时能使工件整个截面全部淬透，因此奥氏体转变成马氏体的数量增多，使组织应力增大，对模具来说型腔趋于胀大；碳素工具钢因淬透性不如合金工具钢，模具断面不易淬透，因此以热应力为主要作用使型腔缩小。（B）冷却速度的影响：工件淬火冷却时在Ms点以上提高冷却速度主要使热应力增加，如碳素工具钢模具在盐水浸冷油中冷却，以及合金工具钢在冷油中冷却，都是热应力起主要作用造成模具型腔收缩。又如碳素工具钢或低合金钢的中、大型模具在碱浴或硝盐分级淬火时均未淬透，所以往往也是以热应力为主使型腔收缩。但由于分级淬火温差小，热应力不

18、大，所以引起的变形量较小。当工件冷却到马氏体点以下时加快冷却速度，组织应力增加引起模具型腔胀大。（C）淬火温度的影响：提高淬火温度即加大了淬火时的温差，增加了淬火时的热应力； 同时还由于奥氏体中溶解碳多，增加钢的淬透性，组织应力也随着增大。究竟以哪一种应力为主？要看工件的尺寸，如壁厚的模具温差在以热应力为主，一般型腔趋于收缩。壁薄的模具易淬透以组织应力为主使型腔胀大。（D）几何形状的影响：工件的几何形状复杂，尤其是模具，其变形规律较难掌握。根据模具的型腔d 和外廓D及高度t 的比值列出几种子具钢淬火变形情况，如T10A，780水淬200回火和CR12V、CR12MOV10201060油淬200

19、回火。当d/D1时则型腔趋于缩小；GCR15、CRWMN 840油淬180回火，当d/D0.5，D/t 1时则型腔趋于胀大；当dt 时胀大，dt 时则缩小。（E）含碳量的影响：低碳钢或低合金钢，因为低碳马氏体的比容小，所以组织应力也小，淬火时主要是热应力引起变形。低碳钢经渗碳后淬火，表面层含碳量虽然增加，但由于渗碳层较薄仅12毫米，比其整体来说还是很小的，所以组织应力也不大，不足以引起内孔胀大。但温差大热应力主要作用，所以内孔还是缩小。中碳钢在全部淬透情况下，内孔总是胀大；在淬不透情况下，随着工件截面尺寸增大，热应力显出主要作用，内孔会出现缩小。高碳钢工件当壁很薄的情况下能全部淬透，组织应力起

20、作用内孔胀大，如较厚工件采用水淬油冷，内孔冷却不良淬透层较薄组织应力不大，以及油冷到马氏体点以下冷却速度低组织应力小等原因，因此热应力起作用使内孔缩小。 在实际生产中影响因素很多，如冷加工应力、浸入冷却剂方法，工件大小、截面厚薄、形状特殊等都有影响，所以要针对具体情况进行分析，要看型腔胀大、缩小是热应力起主要作用，还是组织应力起主要作用（3）：减小体积变形的措施：（A）合理设计：模具型孔的部位与尺寸的配合对变形有很大的影响。对设计提出下列要求：1）。尽可能避免截面相差悬殊的模具结构。2）。适当增加工艺孔和加工余量，有此模具因为截面汪致产生变形，增加适当的工艺孔，使整个截面冷却均匀减小变形。3）

21、。模具形状力求对称，复杂模具改拼合结构。（B）：合理锻造和预先热处理：模具的变形不仅与淬火时产生的应力有关，而且与淬火前的残余应力有关，残余应力越小变形也越小，复杂模具在淬火前应进行消除应力处理。对CR12MOV类的高合金钢中碳化物偏析将造成模腔变形的无规律性，因此要求锻造时尽量减少碳化物偏析，不但有助于变形而且对寿命也有好处。钢的原始组织对变形也有影响，球状珠光体比片状珠光体淬火后变形小。（C）：采用合理热处理工艺：为了减小加热时产生的应力，应缓慢加热，多次预热，尤其在500600范围更应缓慢，因为这个范围材料由弹性变形转变为塑性变形状态，易引起变形。选用淬火温度时，在保证使用要求前提下采用

22、下限的淬火温度并且冷却时尽量采用预冷淬火以减小温差。用分级和等温淬火可有效地减小变形。采用合理的工艺，可以调整淬火后的各种组织比例，如调整马氏体、残余奥氏体体、贝氏体的比例，则可控制比容的大小来调整胀大和缩小的趋向。四、 淬火裂纹的产生及防止方法 各种工具和重要的机器零件，只有通过适当的热处理才能满足使用的要求。但是淬火时产生了裂纹，产品报废，既学杂浪费了材料和加工费用，又影响了生产造成很大的损失，因此，总结分析产品产生裂纹的原因，逐步掌握其规律性，找出防止淬火裂纹的方法，有十分重要的意义。（一）、拉伸应力对淬裂的作用：淬火裂纹是由多方面的因素造成的，但根本的原因是两条：一是拉应力超过材料的强

23、度极限，二是内应力并不高，而由于材料缺陷引起强度下降所致。对于大型零件，由热应力引起的巨大轴向拉应力，是产生横向裂纹的主要原因。但对于一般中小型零件，当冷却到马氏体点以下时，裂纹主要还是由于工件中的组织应力作用而引起的。工件先形成马氏体部分对尚处在奥氏体状态的相邻部分以拉应力，由于奥氏体塑性好，热应力几乎全部由奥氏体颗粒内产生的滑移而松弛。当这部分奥氏体冷却下来向马氏体转变时，情况就完全不同了马氏体硬度高、脆性大，而且塑性极小，由于后形成马氏体的部分对先形成马氏体部分产生拉应力而且迅速增加使其开裂。淬火裂纹有时也发生在淬火这后在室温放置，对稍大此的工件，虽然外表已冷到室温，而心部仍未冷透部份，

24、继续向马氏体转变，随着比容增大，应力增加，实质上对工件来说“淬火”还在工件内部继续进行。甚至在室温放置若干小时以后才开裂。也的在湿地继续冷到室温以下，残余奥氏体转变为马氏体的量增加到一定程度后才开裂。由此可见从200（马氏体点附近）到室温附近温度范围，裂纹的敏感性是很大的。工件的应力、塑性及强度对裂纹形成关系很大。以奥氏体高锰钢为例从1100高温急冷至室温并不会开裂，这说明单纯的热应力只会造成变形而不会引起开裂。因为奥氏体有极大的塑性，热应力几乎全部由奥氏体颗粒内产生的滑移而消失，产生裂纹的可能性极小。残余应力的大小与很多因素有关，其中最重要的是冷却速度，冷速越快应力超期大，因此油淬火比水淬火

25、应力要小，工件尺寸越大淬火时热容量越大，散热需要较长时间温度梯度大，若加速冷却，更增加温度梯度产生极大应力，故大型零件多用油冷，若性能达不到，则可采用合金钢以获得淬透层深度。因此在淬火过程中，必须尽量地降低组织应力引起的拉伸应力，特别是马氏体转变区域应缓冷，使表面和心部温差小，组织转变时间接近，则组织应力就小。如采用分级淬火、等温淬火、趋热回火等都会收到一定的效果。（二）、影响淬火裂纹产生的因素1、 工件原材料缺陷对淬火裂纹的影响淬火是对钢材冶金质量的严重考验同时又是一次大暴露。钢中白点、缩孔、以及冷加工时留下较深刀痕，都可能造成淬火裂纹的根源，钢中有大块非金属夹杂物，使基体金属的连续性被切断

26、，降低钢的机械性能，淬火时起缺口应力集中的作用产生裂纹。若裂纹在淬火前就存在，那么在淬火后裂纹两侧已发生有氧化脱碳现象。原材料中碳化物偏析对淬火裂纹有一定的影响。高速钢和高合金钢中由于有较多的合金元素形成了与一般碳化物不同的共晶碳化物，这种碳化物是一种非常坚硬的脆性物质，而且难溶于奥氏体中。当钢中分布有大块堆集，严重带状和网状碳化物偏析，就会使钢基体机械性能的连续性受到破坏，易于形成切口应力集中，而且在碳化物聚集的地方都有较高的含碳量，就是正常的淬火加热也会过热，使工件容易裂断。由于原材料混号也会造成淬火裂纹，2、 冷却不均匀对淬裂的影响对于形状简单的工件来说，由于表面和心部冷却时间不同，由组

27、织，由组织转变引起的组织应力是淬裂的主要原因。但实际情况远比这个要复杂，因为工件形状复杂；原材料质量不同；冷却介质的性质不一样等影响，不仅表面与心部冷却速度不同，而且各表面之间冷却速度也不一样，所以应力是很复杂性的，分如下情况：（1） 工件结构形状对淬火裂纹影响：（A）设计不当造成裂纹：进行零件结构设计时，需要淬火的零件应尽量做到截面均匀，使淬火冷却时减少内应力的影响。（B）拐角、凹角部分引起开裂：拐角和凹角处淬火冷却时是不充分的，蒸汽泡易聚集在该处，因为蒸汽是不良导体，它使工件与周围冷却介质起隔热作用，所以冷却缓慢造成拐角和凹角处压应力小，而工件心部发生组织转变膨胀引起表面拉伸应力大，救灾由

28、于该处切口应力集中，裂纹往往是在这些地方开始的。（C）内孔、长通孔、盲孔引起裂纹。（D）尖角、凸角引起裂纹：当淬火加热时工件的尖端比其它部分要快得多，待整个热透时，尖角部分往往是过热了。当冷却时尖端部分从几个方向同时激冷，所以在工件上划出快冷和慢冷的界限，这样易引起裂纹。（2） 工夹具使用不当造成裂纹：淬火工件装放在工夹具中位置不正确对冷却有很大影响，其情况如凹角冷却时一样。3、 冷却速度对淬裂的影响：钢从奥氏体化温度冷却到马氏体点以上，冷却速度越大，工件表层产生压应力也越大，在生产中常见到的盐水淬火并不比水淬裂影响大，为什么淬盐水不开裂？经分析认为18的水在550650区间冷却速度是每秒下降

29、600；而相同温度含10%盐水在550650区间冷却速度是1100，所以盐水冷却比水冷时有更大的压应力，有利于抵消一部分组织应力的作用，但冷却速度高，热应力引起的变形也大，值得全面考虑。当冷却到马氏体点时冷却速度必须缓慢以减小组织应力。在生产中碳钢零件常采用盐水冷油浸，如果在盐水中停留时间过长，马氏体急剧转变且数量增加，这时组织应力很大会造成开裂。热油淬火也能防止裂纹主要是因为工件在热油中奥氏体转变为马氏体是在一定的温度下缓慢进行。避免产生裂纹的危险。4、 回火不当引起裂纹：（1） 未及时回火：这主要是在停留时间内救灾要继续发生奥氏体向马氏体转变，增加了组织应力造成裂纹。（2） 在回火脆性区回

30、火造成裂纹：9MN2V钢制木模要求HRC5358，淬火后在用220240度回火。这个区域正好是该种钢的回火脆性区，结果工件使用不久后出现裂纹。经检查原材料及热处理后金相组织又无特殊缺陷，因此是回火脆性造成。（3） 回火不足造成裂纹：对模具圆角R处进行局部高频淬火，但凹模忘记回火，在凸模回火90分钟后才发现，又对凹模进行回火，经30分钟后，两块模具一起取出，结果凹模开裂。（4） 回火不足在磨削时产生裂纹：若回火不足，由于磨削时强烈的研磨作用，有大碍的热能产生，研磨区温度升高，使钢的表面组织由淬火马氏体转变为回火马氏体，伴着体积的收缩，而心部仍然是淬火马氏体不变，这种不均匀的收缩便造成龟裂。（5）

31、 多次淬火中间未经退火产生裂纹。5、 淬火加热时过热或过烧： 淬火加热时由于炉温控制不当或仪表误差以及材料混号，有的是装料时放置不正确（过份接近火焰）特别是燃油炉靠喷嘴处，都易使工件过热。钢过热后将得到粗大的奥氏体晶粒，淬火后的马氏体也是粗大的，因此降低了机械性能，加上过高的淬火温度又增加淬火中应力，很容易引起脆性及开裂。三、分析淬裂具体方法 影响淬火裂纹的因素很多，往往也不是孤立的。在许多情况下，既涉及到材料本身质量、工件结构形状的复杂程度，又与淬火加热、冷却紧密相关使组织应力与上述因素的相互作用下，更促进了裂纹的产生。因此，对已淬裂工件要进行具体分析，一般多从裂纹发生的部位、时间、形状、大

32、小、断口色泽和金相检验等方面来分析。1、 裂纹部位1）、平面部位：在平面部位发生淬火裂纹，多由于工件原材料质量和组织应力所造成。2）、工件形状应力集中部位：工件断面有急剧变化的地方如拐角、尖角、边缘以及加工刀痕等会引起巨大应力，当淬火时应力集中部位冷却不良，热应力引起的压应力小，造成组织应力较大，使裂纹沿着切口部分延伸。2、 裂纹断口疲劳裂纹断口是光滑的，而且有“水波”一圈圈的痕迹，淬火或敲击产生的一次脆性断口与疲劳裂纹断口的区别是不光滑的。断口色泽产生裂 纹原因红 锈水淬冷却产生或冷却剂过激，冷却不均匀。透油、光亮油冷时油渗入裂纹处断口光亮。发黑（裂纹二侧脱碳或有氧化皮）淬火前有裂纹，如锻造

33、裂纹等。发 紫回火时产生的裂纹，200300度保温过长或400500度短时回火产生。白亮光、晶粒粗大加热温度过高或过热造成。瓷白色，白亮或灰亮淬火后未回火，搬运中碰裂。3、 金相显微分析除了用放大镜对裂纹断口和部位进行宏观检查外，还可在金相显微镜下进行观察照相。以得到进一步分析。四、裂纹防止方法针对工件产生裂纹的影响因素，对防止裂纹的一些措施进行讨论。1、 中小型零件减少组织应力，增加表面残余压应力：零件表面的应力状态，对耐疲劳性能关系很大，当表面是拉应力时，很容易与外力叠加使表面产生裂纹；当表面是压应力时，可以抵消一部分外力作用，使表面承受的应力减小，提高了耐疲劳性能。如表面喷丸、滚压强化后

34、表面形成残余压应力提高了疲劳强度，渗碳、氮化、高频淬火因心部组织应力小，表面比容在而产生压应力，所以在承受弯扭高应力时能大大提高其耐疲劳强度。增加压应力对要求淬透的工件就是在马氏体点以前要快冷，以增加表面热应力作用，减小组织应力主要是在马氏体点以下时要缓冷，以降低因各部冷却时产生组织转变不一致而造成过大组织应力。通常采用的如水淬油冷、合金钢工件分级或等温淬火就是这个目的。2、 改善冷却不良、降低应力集中敏感以减小组织应力：工件形状对冷却产生的组织应力影响很大，冷却不良处拉应力会增大，尤其应力集中的敏感切口，更促进裂纹产生，从设计结构改变尖角、凸角为圆角如倒角R=5毫米时，影响会减一半，若R=1

35、5毫米时基本可以消除拉应力引起的切口作用。厚度均匀、将阶梯改为锥度或圆角，增加工艺孔等都有成效。也可用塞耐火泥、敷石棉绳或用工艺装备方法使冷却均匀。还可用改变浸入方式，预冷，内孔喷浴淬火等等方法。3、 降低工件的脆性：当淬火加热温度过高引起过热，晶粒粗大脆性增加，强度与塑性下降，而裂纹与可塑性关系极大。对于有回火脆性的钢要避免在回火脆性区回火，一般工件淬 火后回火不足或未及时回火内应力都比较大易造成脆性裂纹。解决的方法是正确选择淬火加热温度，及时回火，多次回火，以及加强材料管理防止引起混号引起过热。4、 提高原材料质量，减少缺陷引起应力集中敏感。原材料中存在缺陷如非金属夹杂物，碳化物偏析等，对

36、淬火裂纹影响很大。非金属夹杂物切断基体联系使强度下降；碳化物偏析堆集、带状使该区域脆性增加，强度塑性下降造成容易产生裂纹的一个重要原因；另一方面共晶碳化物不溶于奥氏体，因此堆集区域无组织转变，在工件冷却时增加比容差别使组织应力增大，促使裂纹沿缺陷的地方开裂。解决的方法主要是在锻造时要打碎碳化物，严格控制原材料质量。在淬火时采用预冷，分级淬火、等温淬火等方法以减小组织应力 除了上述四方面外，当然还有其它解决方法，但淬火裂纹产生的基本原因，都是由于拉伸应力超过钢材的最大强度所造成的。至于原材料缺陷、冷却不均、结构形状引起应力集中、脆性等等这些对形成裂纹来说都是外部条件，在冷却的过程中材料缺陷和结构

37、形状都会产生应力集中更加速裂纹的发展。 常见淬火裂纹原因及防止方法见后附表格淬火裂纹原因及防止措施裂 纹 原 因 防 止 措 施 冷 却 引 起 裂 纹一、 原材料1冶金和热加工缺陷缩孔、夹层 白点，非金属夹杂物碳化物偏析 带状、网状、堆集。2材料混号二、 冷却1冷却不均、应力集中，零件形 状复杂、截面厚薄不均，尖角、 拐角、内孔、盲孔加工刀痕。2冷却不当，选择冷却剂不当； 碳钢水淬油冷，水中停留时间过长。合金钢工件过旱清洗或放潮湿地上。工件入冷却剂安放置位不正确。三、 重复淬火中间未经退火四、 未及时回火 低倍检验，根据工件要求用锻造降低碳化物级别；热处理采用预冷、分级淬火、等温淬火、趋热回火。 加强管理，火花鉴别。 改变结构形状、厚薄均匀，阶梯改锥形，凹槽、拐角加圆弧，提高光洁度，内孔过渡圆弧用石棉+水玻璃或耐火泥+水玻璃填塞。热处理时水淬油冷、热油、预冷喷浴淬火等。 水淬油冷，水中停留时间每48毫米停1秒；改进工艺装备或改变浸入方式。正确执行工艺。及时回火，重要工件趋热回火多次回火、冷处理。 脆 性 引 起 裂 纹一、 淬火温度过高、引起组织过热。二、回火不足，回火温度过低。三、在回火脆性区回火，未经油冷。四、原始组织碳化物偏析严重。 过热后正火或退火，重新按正常工艺淬火 严格执行工艺、控制原材料质量。