淬火工藝主要用于鋼件,是將鋼加熱到臨界溫度Ac3 (亞共析鋼)或Ac1 (過共析鋼)以上溫度,保溫一段時間,使之全部或部分奧氏體化,然后以大于臨界冷卻速度的冷速快冷到Ms (馬氏體轉(zhuǎn)變起始溫度)以下(或Ms附近等溫)進(jìn)行馬氏體(或貝氏體)轉(zhuǎn)變的熱處理工藝。
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(chǎn)生的裂紋,后者又叫時效裂紋。裂紋的分布沒有一定的規(guī)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(yīng)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(nèi)部缺陷也會發(fā)生開裂。造成淬火開裂的具體原因很多,以下列舉是最為常見的原因,分析熱處理淬火時應(yīng)根據(jù)裂紋特征加以區(qū)分。
1材料弄混
2冷卻不當(dāng), 在Ms點以下快冷,因組織應(yīng)力大而開裂。淬火油中含水過多。
3未淬透工件心部硬度為36-~45時,在淬硬層與非淬硬層交界處易形成淬火裂紋。
4具有最危險尺寸的工件易形成淬火裂紋。全淬透最危險尺寸是:水淬為8~15 (mm),油淬為25~40 ( mm)。
5嚴(yán)重表面脫碳易形成網(wǎng)狀裂紋。嚴(yán)重表面脫碳的高碳鋼中,脫碳層的馬氏體比體積小。易形成表面拉應(yīng)力而導(dǎo)致形成網(wǎng)狀裂紋。
6內(nèi)徑較小的深孔工件,由于內(nèi)表面較外表面冷速慢,使得殘余熱應(yīng)力作用小,所受的殘余拉應(yīng)力較外表面大,內(nèi)壁易形成平行的縱向裂紋。
7淬火加熱溫度過高, 引起晶粒粗化,晶界弱化,鋼的脆斷強度降低,易淬火開裂。
8重復(fù)淬火前,未進(jìn)行中間退火,過熱傾向大,前項淬火的應(yīng)力還未消除,又增加了新的應(yīng)力,應(yīng)力疊加易開裂。另外,多次加熱引起表面脫碳,促使開裂。
9大截面高合金鋼工件淬火加熱時,未經(jīng)預(yù)熱或加熱速度過快,加熱時的應(yīng)力和組織應(yīng)力增大,引起開裂。
10原始組織不良。如高碳鋼球化退火質(zhì)量欠佳,其組織是細(xì)片狀珠光體和點狀珠光體時,過熱傾向大,晶粒粗化,馬氏體含碳量高,淬火開裂傾向大。
11原材料顯微裂紋,非金屬夾雜物,嚴(yán)重的碳化物偏析,淬火開裂傾向增大。如非金屬夾雜物,嚴(yán)重的碳化物沿軋制方向成帶狀分布,由于力學(xué)性能的各項異性,其橫向性能比縱向性能低(30~50) %,在表面最大拉應(yīng)力作用下,常呈縱向開裂。
12鍛造裂紋在淬火時開裂。在普通爐內(nèi)淬火加熱時,破斷面上有黑色的氧化皮,裂紋兩側(cè)有脫碳層。
13過燒裂紋。裂紋多呈網(wǎng)狀,晶界有氧化或熔化現(xiàn)象。
14淬透性低的鋼,被鉗子夾持的地方,冷速慢,有非馬組織,鉗口位于淬硬層與非淬硬層交界處時易開裂。
15工件的尖角,孔,截面突變及粗加工刀痕等,因應(yīng)力集中引起開裂。
16高速鋼,高鉻鋼分級淬火工件,未冷至室溫,就急于清洗而引起開裂。
17深冷處理因急冷,急熱,引起較大的組織和熱應(yīng)力,且低溫時,材料的淬斷強度低,易開
18淬火后未及時回火,工件內(nèi)部的顯微裂紋在淬火應(yīng)力作用下擴展形成淬火裂紋。