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淬火裂紋和非淬火裂紋的特征及實例分析
- 分類：技術資料
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- 發(fā)布時間：2013-12-06 16:17
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淬火裂紋和非淬火裂紋的特征及實例分析
【概要描述】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。造成淬火開裂的原因很多，在分析淬火裂紋時，應根據(jù)裂紋特征加以區(qū)分。? 一、淬火裂紋的特征 在淬火過程中，當淬火產(chǎn)生的巨大應力大于材料本身的強度時，便會導致裂紋產(chǎn)生。淬火裂紋往往是在馬氏體轉變開始進行后不久產(chǎn)生的，裂紋的分布則沒有一定的規(guī)律，但一般容易在工件的棱角槽口、截面突變處形成。 在顯微鏡下觀察到的淬火開裂，
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詳情
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。造成淬火開裂的原因很多，在分析淬火裂紋時，應根據(jù)裂紋特征加以區(qū)分。
一、淬火裂紋的特征
在淬火過程中，當淬火產(chǎn)生的巨大應力大于材料本身的強度時，便會導致裂紋產(chǎn)生。淬火裂紋往往是在馬氏體轉變開始進行后不久產(chǎn)生的，裂紋的分布則沒有一定的規(guī)律，但一般容易在工件的棱角槽口、截面突變處形成。
在顯微鏡下觀察到的淬火開裂，可能是沿晶開裂，也可能是穿晶開裂；有的呈放射狀，也有的呈單獨線條狀或呈網(wǎng)狀。
因在馬氏體轉變區(qū)的冷卻過快而引起的淬火裂紋，往往是穿晶分布，而且裂紋較直，周圍沒有分枝的小裂紋。
因淬火加熱溫度過高而引起的淬火裂紋，都是沿晶分布，裂紋尾端尖細，并呈現(xiàn)過熱特征：結構鋼中可觀察到粗針狀馬氏體；工具鋼中可觀察到共晶或角狀碳化物。
表面脫碳的高碳鋼工件，淬火后容易形成網(wǎng)狀裂紋。這是因為，表面脫碳層在淬火冷卻時的體積脹大比未脫碳的心部小，表面材料受心部膨脹的作用而被拉裂呈網(wǎng)狀。
二、非淬火裂紋的特征
淬火后發(fā)生的裂紋，不一定都是淬火所造成的，一般可根據(jù)下面的特征來區(qū)分。
淬火后發(fā)現(xiàn)的裂紋，如果裂紋兩側有氧化脫碳現(xiàn)象，則可以肯定裂紋在淬火之前就已經(jīng)存在。淬火冷卻過程中，只有當馬氏體轉變量達到一定數(shù)量時，裂紋才有可能形成。與此相對應的溫度，大約在250℃以下。在這樣的低溫下，即使產(chǎn)生了裂紋，裂紋兩側也不會發(fā)生脫碳和出現(xiàn)明顯氧化。所以，有氧化脫碳現(xiàn)象的裂紋是非淬火裂紋。
如果裂紋在淬火前已經(jīng)存在，又不與表面相通，這樣的內部裂紋雖不會產(chǎn)生氧化脫碳，但裂紋的線條顯得柔軟，尾端圓禿，也容易與淬火裂紋的線條剛健有力，尾端尖細的特征區(qū)別開來。
三、實例分析
實例一：
40Cr鋼制成的轉子軸，經(jīng)鍛造、淬火后發(fā)現(xiàn)裂紋。裂紋兩側有氧化跡象，經(jīng)金相檢驗，裂紋兩側存在脫碳層，而且裂紋兩側的鐵素體呈較大的柱狀晶粒，其晶界與裂紋大致垂直。結論：裂紋是在鍛造時形成的非淬火裂紋。
當工件在鍛造過程中形成裂紋時，淬火加熱即引起裂紋兩側氧化脫碳。隨著脫碳過程的進行，裂紋兩側的碳含量降低，鐵索體晶粒開始生核。當沿裂紋兩側生核的鐵素體晶粒長大到彼此接觸后，便向離裂紋兩側較遠的基體方向生長。由于裂紋兩側在脫碳過程中碳濃度的下降，也是由裂紋的開口部位向內部發(fā)展，因而為鐵素體晶粒的不斷長大提供了條件，故最終長大為晶界與裂紋相垂直的柱狀晶體。
實例二：
40Cr鋼制成的半軸套座于淬火后出現(xiàn)開裂。經(jīng)金相檢驗，裂紋兩側有全脫碳層，其中的鐵素體呈粗大柱狀晶粒，并與裂紋垂直。全脫碳層內側的組織為板條馬氏體加少量托氏體，這種組織是正常淬火組織。結論：在加工過程中未經(jīng)鍛造，因此是原材料帶來的非淬火裂紋。
實例三：
高速鋼齒輪銑刀淬火后在內孔壁上出現(xiàn)裂紋。經(jīng)金相檢驗，發(fā)現(xiàn)裂紋附近的碳化物呈不均勻的帶狀分布。結論：這是由于組織不均勻所造成的淬火裂紋。
當鋼的顯微組織中存在碳化物堆集時，這些地方碳和合金元素的含量比較高，造成臨界溫度降低。因此，即使是在正常的溫度下進行淬火加熱，對于碳化物堆集處來講，加熱溫度已顯得過高了。其結果是這些地方出現(xiàn)過熱組織，降低了鋼的強度，淬火冷卻時，便在應力作用下產(chǎn)生開裂。
高速鋼的碳化物不均勻性是這種鋼的重要質量指標之一。為減少或預防這類缺陷發(fā)生，冶金廠和使用廠都在不斷采取措施，如使用廠用改鍛工藝來均勻組織。當碳化物不均勻性的改善程度受到限制時，可在保證硬度的前提下采用較低淬火加熱溫度來避免過熱組織產(chǎn)生。
實例四：
W18Cr4V鋼制模子，于高溫鹽浴中加熱后油冷，發(fā)現(xiàn)開裂。從裂紋特征上看是冷卻過快所致。因工件截面較大，冷卻時內外溫差也大，當表面轉變?yōu)轳R氏體時，內部仍處于奧氏體狀態(tài)，以后的冷卻過程中才逐步轉變?yōu)轳R氏體，致使表層受內部體積脹大的作用承受很大的拉應力而開裂。因此，可以判斷為淬火裂紋。
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