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        淬火裂紋

        文章出處:責任編輯:查看手機網址
        掃一掃!淬火裂紋掃一掃!
        人氣:-發表時間:2018-03-10 09:00【

          淬火裂紋是指在淬火過程中或在淬火后的室溫放置過程中產生的裂紋,后者又叫時效裂紋。裂紋的分布沒有一定的規律,但一般容易在工件的尖角、截面突變處形成。造成淬火開裂的根本原因是拉應力超過材料的斷裂強度,或者雖未超過材料的斷裂強度,但材料由于存在內部缺陷也會發生開裂。造成淬火開裂的具體原因很多,分析時應根據裂紋特征加以區分。

          2 淬火裂紋的成因:馬氏體的本質脆性是淬火裂紋的內因,而馬氏體的晶體結構、化學成分、冶金缺陷等是馬氏體本質脆性的影響因素;各種工藝條件、零件尺寸形狀等引起的宏觀內應力的大小、方向、分布狀態等是淬火裂紋的外因。下面將從微觀到宏觀,從內部到外部對鋼件的淬火裂紋進行分析。

          2.1 馬氏體本質脆性—鋼件淬火裂紋的內因。

          眾所周知,中高碳鋼淬火后,其韌性低,脆性大,易產生顯微裂紋和宏觀開裂。這主要是由馬氏體的本質脆性決定的。而馬氏體的本質脆性又決定于材料的冶金質量、含碳量和合金元素、原始組織狀態、馬氏體的組織結構、顯微應力及顯微裂紋等。

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          2.1.1 材料冶金質量

          縮孔和嚴重的軋制缺陷造成材料明顯的不均勻性,這時材料是不宜進行熱處理的。而不少材料的冶金缺陷均可能單獨與宏觀或微觀的內應力發生作用,促發淬火裂紋。這些冶金質量問題包括:宏觀偏析、固溶體偏析、固溶氫、鍛軋缺陷、夾渣、鐵素體珠光體帶狀組織及碳化物帶狀組織等。

          2.1.2 材料含碳量和合金元素

          含碳量增加將降低馬氏體的斷裂強度。根據脆性固體理論斷裂強度:,其中E、d值與含碳量相關,含碳量提高,馬氏體中鐵原子間結合力降低,彈形模量也降低,鋼的斷裂強度也隨之降低。碳量增加,d值增加,使斷裂強度降低。

          而合金元素對淬火裂紋的影響不一,例如Mn、Cr、V、Mo等元素與C一樣,隨其含量的增加而淬裂傾向變大。然而,B元素較為特殊,B能有效地提高淬透性。稀土元素對淬裂的影響研究甚少,說法不一。適量的稀土元素可減少位錯移動所需要的摩擦力,因而有降低脆性破斷傾向的作用。稀土元素富集于晶界,可凈化和強化晶界,使P等雜質難以再偏集于晶界,可能起到減輕沿晶斷裂的作用。

          2.1.3 原始組織狀態

          除了鋼中的化學成分以外,淬火前的原始組織結構對洋裂的影響也很大。例如,片狀珠光體;馬氏體和貝氏體等非平衡組織;不均勻、網狀碳化物;非金屬夾雜物;鍛造過熱組織及流線等均可能導致或促發淬火開裂。

          2.1.4 馬氏體中的顯微裂紋

          馬氏體形成時容易產生顯微裂紋,這是指在中高碳鋼中,而低碳鋼的馬氏體組織中難以形成顯微裂紋。這是因為低碳馬氏體為平行的板條,相互碰撞的機會少,且本身的塑性高,可以通過變形而使應力松弛,不易產生顯微裂紋。而高碳馬氏體內由于馬氏體片相互碰撞,片狀馬氏體又不能作相應的形變來消除應力,造成碰遇處得應力場,當應力足夠大時就形成顯微裂紋。這種先天的缺陷使高碳馬氏體進一步增加了脆性,在其它應力的作用下,顯微裂紋可能發展為宏觀開裂。

          2.2 淬火宏觀內應力—鋼件淬火裂紋的外因

          2.2.1 零件尺寸和形狀

          對普通鋼而言,過細或過粗的工件一般不會淬裂,大和久重雄認為,水中淬火時,臨界直徑正是淬裂的危險尺寸。臨界直徑是工件在一定的淬火介質中冷卻時,心部恰好能夠得到50%馬氏體那樣大小的直徑。

          淬火開裂與工件的形狀有密切的關系,鋼件形狀影響淬火應力的大小和分布。工件上的缺口、尖角、溝槽、孔穴及斷面急劇變化的部位都是淬火內應力集中處,是斷裂的危險部位。

          2.2.2 加熱不當

          工件在熱處理時的加熱溫度、保溫時間和加熱設備(爐內氣氛)等均能成為淬火裂紋的誘因。

        淬火加熱溫度愈高,淬裂傾向愈大。淬火溫度升高,加熱保溫時間延長,使奧氏體晶粒長大,則淬火馬氏體粗化、脆化,斷裂強度降低,這是淬裂傾向增大的根本原因。不容易發生淬裂的加熱爐是真空爐,其次按電爐、鹽浴爐、火焰爐的順序排列易于產生淬火裂紋。重油爐、燃煤爐等火焰爐是最容易發生淬裂的爐型。

          2.2.3 淬火冷卻的影響

          在淬火冷卻時,在兩個溫度范圍內必須注意控制冷卻速度。其中一個區域是為了完全淬火硬化而需要快冷的臨界區域,為了使零件淬硬,在臨界區應當急冷。另一個區域是容易產生淬火裂紋的低溫區,在MS點溫度以下,在這個溫度區間發生奧氏體向馬氏體的轉變,體積膨脹,產生第二類畸變、第二類應力及宏觀熱處理應力,可能導致淬火裂紋,因此稱危險區。在危險區應當盡量慢冷,以緩和淬火內應力。

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