零件熱處理裂紋的分析與對策

1、零件熱處理裂紋的分析與對策零件在熱處理過程中產(chǎn)生的裂紋是最嚴重的熱處理缺陷之一。這種缺陷通常是無法補救的，零件只能報廢，因而它引起了熱處理工作者的特別重視。1零件熱處理裂紋產(chǎn)生的原因零件在熱處理過程中會產(chǎn)生很大的內(nèi)應力(組織應力和熱應力)，當這些應力超過鋼的屈服強度時，會引起零件的變形；當應力更大，超過鋼的抗拉強度時，則會造成零件的開裂。作用在零件上的應力有兩種：壓應力和拉應力。淬火時形成的拉應力是引起淬火裂紋的主要原因。但是當鋼的塑性較高時，即使有較大的拉應力也不會引起零件的開裂，比如沒有發(fā)生組織轉(zhuǎn)變的去應力退火，獲得較多殘留奧氏體的等溫淬火等。只有在應力較大，又具備了高硬度、脆性大的組織時

2、，才容易造成零件的開裂。故淬火裂紋的形成必須同時存在兩個條件：一是具有脆性組織；二是拉應力超過了此時鋼的抗拉強度(當然其他情況也能促使零件裂紋發(fā)生，比如原材料缺陷、設計及機械加工不當造成的缺陷等)。2關(guān)于裂紋的類型裂紋的分類方法各種各樣。按裂紋的方向分，有縱向裂紋、橫向裂紋、弧形裂紋和網(wǎng)狀裂紋(又稱龜裂)等；按裂紋發(fā)生的位置分，有表層裂紋(或稱表面裂紋)和內(nèi)部裂紋；按裂紋發(fā)生在不同的工序分，有鍛造裂紋、焊接裂紋、淬火裂紋、回火裂紋、冷處理裂紋、酸洗裂紋及磨削裂紋等。零件在熱處理過程中以淬火裂紋為最多。3裂紋的分辨方法如何區(qū)分究竟是淬火裂紋、回火裂紋、鍛造裂紋還是磨削裂紋等是很重要的，這樣便于準

3、確查找裂紋發(fā)生在哪一工序，有利于分析裂紋產(chǎn)生的原因。第一，注意淬火裂紋和磨削裂紋形態(tài)的不同。對于淬火時未發(fā)現(xiàn)而在磨削后才發(fā)現(xiàn)的裂紋，要區(qū)別是淬火裂紋還是磨削裂紋。在裂紋未附著污染物時比較容易，此時注意裂紋的形態(tài)，特別是裂紋發(fā)展的方向，磨削裂紋是垂直于磨削方向的，呈平行線形態(tài)(如圖1所示)，或呈龜甲狀裂紋(如圖2所示)。磨削裂紋的深度根淺，而淬火裂紋一般都比較深 比較大，與磨削方同無關(guān)，多呈直線刀割狀開裂。imghttp:/www.china-圖l 平行線狀磨削裂紋imghttp:/www.china-第二，注意裂紋發(fā)生的部位。尖銳的凹凸轉(zhuǎn)角處、孔的邊緣處、刻印處、打鋼印處及機械加工造成的表面缺

4、陷等部位，在這些部位發(fā)生的裂紋多屬淬火裂紋。第三，通過觀察零件的裂斷面來區(qū)分是淬火裂紋還是淬火前的鍛造裂紋或其他情況造成的裂紋。若裂紋斷面呈白色或暗白色或淺紅色(水淬時造成的水銹)，均可斷定為淬火裂紋，若裂紋斷面呈深褐色，甚至有氧皮出現(xiàn)，那就不是淬火裂紋，系淬火前就存在的裂紋，是零件經(jīng)過鍛造或壓延時形成的裂紋，這些裂紋都會因淬火而被擴大。因淬火裂紋基本上是在MS點以下時形成的，其斷面是不會被氧化的。第四，在顯微組織中，淬火裂紋是沿晶界斷裂，若不是沿晶界斷裂，而是沿晶內(nèi)斷裂，則屬于疲勞裂紋。第五，如果裂紋周圍有脫碳層存在，那就不是淬火裂紋，而是淬火前就存在的裂紋，因為淬火裂紋是淬火冷卻時產(chǎn)生的，

5、絕不會發(fā)生脫碳現(xiàn)象。4檢查裂紋的方法檢查零件有無裂紋，最簡單、最常用的方法是將零件噴砂后用肉眼直接觀察，或使用放大鏡觀察零件的表面即可。當用眼睛或放大鏡看不到裂紋時，還可用浸油探傷法檢查。即將零件浸入到煤油、汽油等油中，稍后取出零件用棉紗擦拭干凈，再涂以石灰粉或其他白粉，如有裂紋，則在白色部分有油滲出。有經(jīng)驗的檢查人員還可以用敲擊的方法檢查出是否有裂紋，即用小錘等輕輕敲擊零件，如果發(fā)出清晰的金屬聲音，尾音比較長，即可掣。為沒有裂紋；反之，若發(fā)出重濁的聲名，就出現(xiàn)了裂紋。還可以采用磁力探傷法及熒光探傷法檢查零件是否有裂紋。5淬火過熱與淬火裂紋零件被加熱到高出工藝規(guī)定的某一淬火加熱溫度并在一定的加

6、熱時間里，便會造成工件的淬火過熱。過熱溫度會因鋼種的不同而不同。工件一旦過熱，則奧氏體晶粒粗化，生成的馬氏體針也粗大。容易產(chǎn)生馬氏體微裂紋。這種馬氏體的微裂紋是淬火裂紋的激發(fā)源，并發(fā)展成為淬火裂紋。過熱使鋼的性能變壞，強度與塑性大大降低。生產(chǎn)現(xiàn)場中淬火過熱引起的淬火裂紋在工具鋼中最為常見，特別是高速工具鋼因淬火過熱造成工件裂紋的事例最多，這是由于高速鋼的淬火加熱溫度接近其熔點，因此稍有不慎即可引起過熱，甚至過燒。某廠在熱處理一批W18Cr4V鋼制模數(shù)為m=12、外徑為170mm的盤形齒輪銑刀時，工藝規(guī)定的淬火加熱溫度為1270，但由于控溫儀表失靈，表指溫度比實際爐溫低35，幸虧操作者發(fā)現(xiàn)爐溫的

7、變化，立即采取終止生產(chǎn)進行重新測溫的措施，避免了大批過熱產(chǎn)品的發(fā)生，但仍有少量齒輪銑刀出現(xiàn)了過熱引起的裂紋，如圖3所示。金相檢查發(fā)現(xiàn)淬火晶粒粗大，裂紋均發(fā)生于網(wǎng)狀碳化物處，由此可見裂紋系加熱溫度過高所致。因過熱形成的共晶碳化物沿晶界呈網(wǎng)狀分布，在晶界上形成一層硬殼使鋼產(chǎn)生了很大的脆性，阻礙了鋼的塑性變形，在淬火冷卻時產(chǎn)生的極大應力作用下引起淬火裂紋。imghttp:/www.china-圖3 m=12、外徑為170mm的W18Cr4V鋼盤形齒輪銑刀上的裂紋防止零件因淬火過熱而產(chǎn)生裂紋的主要措施是：工藝員要制定正確合理的加熱溫度和加熱方法。如對一些大規(guī)格碳化物偏析較嚴重的高速鋼刀具，應采取高速鋼

8、下限的淬火加熱溫度，為保證加熱充分，可適當延長加熱時間，對一些帶尖角的零件應離爐內(nèi)加熱體遠一些，在鹽浴爐中工件距電極盼距離不得小于50mm，以免引起尖角過熱。對測溫儀表和控溫儀表要定期檢查校對和維修，保證儀表始終在運轉(zhuǎn)正常的條件下使用。儀表員要保證測溫、定溫、調(diào)溫時準確無誤。淬火工要隨時觀察爐溫的情況，發(fā)現(xiàn)爐溫有異常變化時，及時找工藝員或儀表員等有關(guān)人員解決，必要時立即停產(chǎn)，重新測溫，待爐溫恢復正常后再進行生產(chǎn)。設備要保證工藝要求。6. 加熱速度過快、加熱不均勻與淬火裂紋零件加熱速度過快和加熱不均勻會使應力增加，尤其是合金元素較多、導熱性較差和尺寸較大的高合金鋼工件，在淬火加熱前若不進行充分的

9、預熱，則在淬火時會因加熱速度過快和加熱不均而很可能導致產(chǎn)生裂紋。生產(chǎn)中高速鋼工件多采用550600和850900 的兩段預熱，以減緩高速鋼工件的加熱速度，并使其得到充分均勻地加熱，從而減少加熱時的應力，同時也可縮短高速鋼工件的高溫加熱時間。因爐渣的溫度一般都比較高，工件一旦接觸到爐渣使工件局部溫度升高，淬火工在工作前要對鹽浴爐進行認真清氧撈渣，將爐底的殘渣必須撈凈。電阻爐的電阻絲布置要均勻合理，以保證爐內(nèi)溫度均勻一致，避免引起工件加熱不均勻。7. 淬火冷卻速度與淬火裂紋零件產(chǎn)生淬火裂紋的原因是多方面的，但就發(fā)生的時間來說，多是在淬火冷卻過程中發(fā)生的。更具體的講，裂紋是發(fā)生在零件冷至鋼的馬氏體轉(zhuǎn)

10、變點Ms至Mf點之間的冷速過大，此期間熱應力與組織應力會達到最大值，很容易造成零件淬火裂紋發(fā)生。裂紋能否產(chǎn)生取決于淬火時熱應力與組織應力的和是正（拉應力）還是負（組織應力）。若兩者之和為正則可能發(fā)生裂紋，若為負則不會發(fā)生裂紋。零件從奧氏體化溫度以大于臨界冷卻速度的急冷，導致產(chǎn)生熱應力，使外層受壓，內(nèi)層受拉，這對防止淬火裂紋將起著有效的作用。從這個意義上講，在奧氏體區(qū)域快速冷卻對防止淬火裂紋發(fā)生是有利的。與此相反，在馬氏體區(qū)域內(nèi)的冷卻與相變應力有關(guān)，在此區(qū)域內(nèi)冷卻速度越大，則相變應力越大，表面層的拉應力越大，因而容易導致淬火裂紋的發(fā)生。在實際生產(chǎn)中，對不同的鋼材和具體的零件采用雙液淬火、分級淬火

11、和等溫淬火等，其目的就是為了在馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)域內(nèi)緩冷，盡量使零件內(nèi)外層同時發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，力求使組織應力達到最小值，以避免裂紋的發(fā)生。表1是某工具廠生產(chǎn)的高速鋼制弧形鍵槽銑刀（鋼的化學成分相同），由于采用的冷卻方式不同則產(chǎn)生裂紋的數(shù)量和百分率也不同。imghttp:/www.china-8. 清洗過早引起的淬火裂紋尺寸較大的工件，淬火冷卻后表面看上去冷的差不多了，但其心部溫度仍比較高，仍在進行著馬氏體的轉(zhuǎn)變。此時若將工件放入冷水中（特別在冬季的冷水中）清洗，等于在馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)域內(nèi)加速冷卻，產(chǎn)生的內(nèi)應力將會增加，使工件發(fā)生開裂，這種裂紋仍為淬火裂紋。因此，工件必須完全冷透后再清洗。9. 萘狀斷口與淬

12、火裂紋萘狀斷口是高速鋼的一種常見缺陷。正常的高速鋼斷口是細陶瓷狀，淬火過熱的斷口較粗糙，萘狀斷口則是一種具有特殊閃光、與萘的閃光相似的粗糙斷口。產(chǎn)生萘狀斷口的鋼，其顯微組織的特點是奧氏體晶粒很大且不均勻，個別粗大晶粒尺寸可達0.11mm。產(chǎn)生萘狀斷口的鋼，其淬火、回火后的硬度和紅硬性與正常斷口的鋼基本上是相當?shù)?，但機械強度明顯降低，特別是韌性更低。有關(guān)資料介紹，通過試驗表明：W9Cr4V2在1220三次淬火、560三次回火（產(chǎn)生嚴重的萘狀斷口）同1220一次淬火、560三次回火（正常斷口）相比較，前者較后者彎曲強度降低25%，拉伸強度降低30%35%，扭轉(zhuǎn)強度降低40%，沖擊韌度降低65%。用

13、高速鋼制造的刀具一旦產(chǎn)生萘狀斷口，在淬火冷卻時容易形成淬火裂紋，校直時易壓斷，使用中易崩刃和折斷。關(guān)于萘狀斷口的形成，通常發(fā)生在下面兩種情況：一是鋼在鍛、軋等熱塑性變形加工時的終了溫度過高（10501000）時；二是重復淬火時沒有經(jīng)過中間退火或退火不充分造成。防止萘狀斷口產(chǎn)生的措施應注意以下幾點：嚴格控制終鍛溫度，使其不高于1000。鍛件毛坯必須經(jīng)充分退火。返修的高速鋼工件在重新淬火前必須進行充分退火， 退火后的硬度HRC28。10. 脫碳與淬火裂紋脫碳分完全脫碳（鐵素體脫碳）和不完全脫碳，即保留一部分殘余碳量的脫碳。生產(chǎn)現(xiàn)場中遇到的多是不完全脫碳。零件不管是在熱處理前或淬火加熱過程中，如果產(chǎn)

14、生脫碳，則由于脫碳的表層與未脫碳的內(nèi)部化學成分不同，因而在淬火時發(fā)生相變的時間就不相同，馬氏體的膨脹量也不相同，這樣就使零件內(nèi)應力增大而容易產(chǎn)生裂紋。例如，當高速鋼的含碳量為0.8%時，其Ms點為150；如果因表面脫碳使脫碳層的含碳降低為0.4%時，其Ms點為330。在淬火冷卻時，由于相變首先從脫碳層開始，當脫碳層的馬氏體轉(zhuǎn)變已經(jīng)完成或正在大量轉(zhuǎn)變時，其心部還沒有開始轉(zhuǎn)變，這時表層處于壓應力狀態(tài)。當工件溫度降至150以下時，非脫碳的內(nèi)部開始馬氏體的轉(zhuǎn)變，但此時脫碳的表層已經(jīng)完成了馬氏體的轉(zhuǎn)變，表層比較硬，故難以產(chǎn)生塑性變形，此時表層處于強大的拉應力狀態(tài)，很容易使零件發(fā)生開裂。某廠生產(chǎn)的W9Mo

15、3Cr4V鋼制內(nèi)孔車刀熱處理后產(chǎn)生了裂紋，將車刀橫斷面進行宏觀腐蝕后檢查，發(fā)現(xiàn)車刀四周均有嚴重脫碳層，其深度約為1.5mm左右。造成脫碳的原因是車刀在鍛造后退火時產(chǎn)生的脫碳層未加工掉而在淬火時發(fā)生了裂紋。之所以斷定系鍛造退火時發(fā)生的脫碳，是因為在同一鹽爐中淬火加熱的其他高速鋼工件未發(fā)現(xiàn)脫碳現(xiàn)象。再說在鹽浴爐中淬火加熱中很少發(fā)現(xiàn)如此嚴重的脫碳事故。另一工廠生產(chǎn)的柴油機氣門彈簧在使用中發(fā)生疲勞裂紋，彈簧材料為50CrVAl鋼絲，860淬火油冷，460回火，硬度為4349HRC。對斷裂的彈簧鋼絲進行金相檢查，發(fā)現(xiàn)有表面脫碳，而這種脫碳在原材料鋼絲中并未發(fā)現(xiàn)，這說明彈簧脫碳是在熱處理淬火加熱時產(chǎn)生的。

16、可見彈簧疲勞裂紋與表面脫碳有關(guān)，因為表面脫碳后使表層強度降低，容易發(fā)生疲勞裂紋甚至發(fā)展到疲勞斷裂。防止零件淬火加熱時的脫碳有以下幾方面的措施：對進廠的各種原鹽要進行嚴格檢驗，不符合技術(shù)標準要求的原鹽不使用。零件在鹽浴爐中加熱時，要認真脫氧撈渣，不要只脫氧不撈渣，因為爐底的渣子含有很多氧化物。零件在電阻爐中加熱要通保護氣體或采用其他保護介質(zhì)加以保護，以防脫碳。工件表面如果已生銹或有氧化皮，淬火加熱前要清除干凈。若毛坯件有脫碳層存在，熱處理前要徹底加工去除掉。在有條件的情況下采用真空爐進行淬火加熱。完全脫碳是專為一些特殊需要的零件而設計的。由于脫碳層軟而韌，即便由于內(nèi)層馬氏體的膨脹使外層受到拉應力

17、也不會出現(xiàn)裂紋，這樣一來，內(nèi)層的馬氏體被包上了一層軟的脫碳層，成為內(nèi)層堅硬、外層又軟又韌的狀態(tài)，從而得到了耐沖擊性非常好的零件。防彈鋼板等零件就是通過這種先表層完全脫碳后再進行淬火的熱處理方法得到的。i=s 本帖最后由 miketyson 于 2009-4-24 22:42 編輯 /isize=4 零件熱處理裂紋的分析與對策（3）/size哈爾濱第一工具廠（黑龍江 150020） 祝國華 戰(zhàn)祥麗11. 重復淬火與淬火裂紋重復淬火容易產(chǎn)生淬火裂紋，這是因為重復淬火會使鋼的晶粒粗化，同時重復淬火增加了淬火加熱時的脫碳機會，脫碳到一定量時也容易發(fā)生淬火裂紋。馬氏體的膨脹量隨含碳量的增加而增大，因此，

18、脫碳層的馬氏體膨脹量比基體要小，這種馬氏體膨脹量的差異也是引起淬火裂紋的原因之一，故重復淬火的工件更要注意防止脫碳。造成零件重復淬火的原因有如下情況：淬火溫度低，或雖然加熱溫度正常，但加熱時間不足，造成淬火加熱不夠充分，致使淬火后硬度不足，只好重新淬火。 回火溫度高且回火時間長，將淬火硬度合格的零件回火后硬度降低了。淬火回火后的工件彎曲變形超差（特別是那些大型長棒形工件如拉刀等），且又無法使其達到合格，只好退火重新淬火后再校直。產(chǎn)品混料。比如高速鋼W18Cr4V鋼與W9Mo3Cr4V鋼混在一起，或產(chǎn)品跟單上標注的鋼材與實際產(chǎn)品鋼材不符。比如產(chǎn)品為W18Cr4V 鋼，而產(chǎn)品跟單上寫的是W9Mo3

19、Cr4V鋼，若按W9Mo3Cr4V鋼淬火加熱，淬火后W18Cr4V 鋼的硬度必然低。避免重復淬火的辦法是針對上述不同原因采取相應措施，如嚴格按工藝文件規(guī)定的淬火加熱溫度和加熱時間生產(chǎn)；保證控溫儀表和加熱設備始終處于正常運轉(zhuǎn)；加強生產(chǎn)管理，不要造成混料、錯料事件發(fā)生；零件重新淬火前必須進行退火處理，零件重復淬火只能進行一次；認真校直，避免出現(xiàn)返修品。12. 滲碳與淬火裂紋進行滲碳的零件，通常采用WC=0.10.25%的低碳鋼。滲碳深度一般為0.52mm（根據(jù)零件的性能要求而確定），滲碳層的WC以0.91.1%為佳。零件滲碳后淬火，由于表面層含碳量高，其表面層能獲得比內(nèi)部大的馬氏體膨脹量，使表面受

20、壓應力，從而防止了淬火裂紋的發(fā)生。但是當滲碳過度時反而容易引起淬火開裂，這是因為滲碳過度，滲碳層就會成為硬而脆的碳化物層，容易產(chǎn)生淬火裂紋。過度滲碳還會出現(xiàn)網(wǎng)狀滲碳體而導致晶界裂紋。再有滲碳若濃度不均勻時，則淬火時會發(fā)生不同的組織轉(zhuǎn)變而引起裂紋。若滲碳后的冷卻速度過快，在應力作用下也能引起裂紋，這種情況多發(fā)生在合金元素含量較多的滲碳鋼件中。13. 淬火加熱爐與淬火裂紋淬火裂紋與加熱爐的關(guān)系也是很重要的，若淬火加熱爐滿足不了零件淬火加熱的要求，會影響產(chǎn)品的質(zhì)量。比如工件外形很大，而爐膛較小，在加熱時工件外邊沿距爐子加熱體太近而造成工件外層邊沿的過熱，特別是那些帶有尖角的零件，會因熱效應更容易造成

21、工件過熱而發(fā)生淬火裂紋。根據(jù)生產(chǎn)實踐，工件在鹽浴爐中進行淬火加熱時，工件的外邊沿距電極的距離不得小于50mm，以防引起工件表面過熱和不慎使工件接觸到電極引起串電燒傷工件。如果加熱爐的功率不夠或電極長期使用變細變短等原因造成爐子升溫緩慢，影響工件的加熱質(zhì)量，為保證工件加熱充分，相應加熱時間要延長，易引起工件的脫碳。加熱爐的發(fā)熱體（電極、電阻絲等）布置不合理或使用中部分損壞造成了爐溫不均。再有淬火裂紋與加熱爐的類型也有很大關(guān)系。最不容易發(fā)生淬火裂紋的是真空加熱爐，因為真空爐是輻射加熱，具有加熱緩慢、爐溫均勻、無氧化脫碳等優(yōu)點，是一種不容易引起淬火裂紋的加熱爐。燃料爐多是以重油或液化石油氣作為燃料的

22、火焰加熱爐，零件與這種火焰直接接觸的部分常常發(fā)生過熱，此外，使用這種燃料時從燃料中產(chǎn)生的氫氣會滲入到鋼件表面而產(chǎn)生脆性，助長了淬火裂紋的形成，這就是燃料爐淬火裂紋發(fā)生率高的原因，現(xiàn)在這種燃料加熱爐使用的越來越少了。鹽爐與電爐雖然不如真空爐，但比燃料爐要好得多，也比較經(jīng)濟適用，所以到目前為止，鹽浴爐和電爐仍被廣泛使用。不過我們應重視先進的真空熱處理技術(shù)，在有條件的情況下，要采用和推廣真空熱處理。14. 鋼材質(zhì)量與淬火裂紋鋼材中的非金屬夾雜物、疏松、縮孔和氣孔等缺陷使鋼材致密性較差，非金屬夾雜物強烈地破壞了鋼的連續(xù)性，若非金屬夾雜物成大塊狀存在其危害更大，是產(chǎn)生淬火裂紋的起源。另外，縮孔、氣孔是應

23、力集中的一些缺口，熱處理時容易由此開裂。鋼中存在嚴重的碳化物偏析時，對鋼材質(zhì)量的影響非常大。這種情況多見于過共析高合金鋼中，因該類鋼成分的特點是組織中存在較多的二次碳化物和共晶碳化物，這些碳化物未經(jīng)過壓力加工（如鍛造等）前呈明顯的帶狀偏析，使鋼產(chǎn)生很大的脆性，淬火時產(chǎn)生的內(nèi)應力如不能為材料的塑性變形所低消和緩解時，便會引起淬火零件的開裂，裂紋多見于碳化物偏析最嚴重的地方。在高速鋼中碳化物堆集處，顆粒較小的碳化物數(shù)量較少，奧氏體晶粒容易長大，故在正常溫度下也會容易造成局部過熱。碳化物級別過高，會使淬火奧氏體合金度不一致，從而造成工件在冷卻時馬氏體轉(zhuǎn)變不一致性和不同時性，使內(nèi)應力增加從而會引起淬火

24、裂紋。某廠在熱處理一批W18Cr4V鋼制齒輪滾刀時（規(guī)格為M10），1280油淬后發(fā)現(xiàn)有兩件齒輪滾刀內(nèi)孔壁產(chǎn)生了很深的縱向裂紋，沿裂紋剖開，其斷面經(jīng)腐蝕后，金相檢查可見明顯的碳化物寬帶，碳化物不均勻度為9級，因此判定裂紋由此原因造成的。鋼中若存在數(shù)量較多的大塊角狀碳化物時，淬火時粗大的角狀碳化物對阻礙晶粒長大的作用小，使晶粒容易長大，從而容易引起鋼的過熱，強度降低，而產(chǎn)生淬火裂紋。碳素工具鋼和合金工具鋼如因退火不佳而形成片狀珠光體和網(wǎng)狀碳化物等，容易使零件產(chǎn)生裂紋。這是因為網(wǎng)狀碳化物使鋼的強度和鋼性大為降低。相同成分的鋼，片狀珠光體與珠狀球光體相比較，前者較后者在較低的淬火溫度下結(jié)束相變，因而

25、在較低溫度下其晶粒即開始長大，從而可引起鋼的過熱，強度降低。防止因鋼材質(zhì)量不佳造成淬火裂紋，應做好如下幾方面的工作：（1）對進廠的鋼材一定要嚴格檢驗，不合格的鋼材堅決拒之門外。（2）“漏網(wǎng)之魚”何時都有，不合格的鋼材不能投入生產(chǎn)。（3）對碳素工具鋼和合金工具廠要進行良好的退火，防止網(wǎng)狀碳化物的產(chǎn)生。（4）對一些碳化物偏析比較嚴重的大規(guī)格、高合金工具鋼工件，淬火前要對坯件進行鐓拔鍛造加工，使碳化物不均勻度得到良好的改善。（5）對一些特大規(guī)格的高速鋼刀具雖然進行了鍛造，但碳化物偏析仍較嚴重，以及由于各種原因不能進行鍛造加工來改善碳化物不均勻度的長棒形大直徑刀具（如直徑90mm的大規(guī)格高速鋼拉刀等產(chǎn)

26、品，其直徑越大，碳化物偏析越明顯），所以應在保證各項性能質(zhì)量要求的前提下，應盡量采用比較安全合理的熱處理工藝。可按下面的工藝進行生產(chǎn)：淬火：第一次預熱550600；第二次預熱850900； 高溫加熱（W18Cr4V為12701275，W9Mo3Cr4V為12251230，W6Mo5Cr4V2為12201225）。第一次分級冷卻580620；第二次分級冷卻400450；等溫冷卻250280。第一次預熱時間不少于60min，第二次預熱時間為高溫加熱時間的2 倍，兩次分級冷卻時間與高溫加熱時間相同，等溫時間為60120min?；鼗穑涸诘谝淮位鼗鹬?，刀具等溫冷卻后空冷至5060，然后放入250300的

27、鹽浴爐中預熱30min，再移入回火爐中緩慢升溫至560保溫60min，隨后出爐在空氣中緩冷至室溫。冬季天冷要放入鐵筒或空閑爐中緩冷至室溫，及時進行第二次回火。因大量殘余奧氏體基本上在第一次回火冷卻過程中完成回火馬氏體的轉(zhuǎn)變，會產(chǎn)生很大內(nèi)應力，為盡快消除這些內(nèi)應力，應及時進行第二次回火。第二、三、四次回火前同樣要進行250300預熱30min，以減少回火加熱過快造成的應力，這是避免發(fā)生回火裂紋非常有效的措施。15. 鍛造與淬火裂紋工件在鍛造時會因各種原因如冶金缺陷，像非金屬夾雜、縮孔及氣泡等在鍛造時均能引起裂紋。另外鍛造時工件入爐時溫度過高、升溫太快、加熱溫度過高、鍛造時變形太大以及變形不均、終

28、鍛溫度過低及鍛造后冷速過快等原因都能引起鍛造裂紋，這些裂紋有的深藏在內(nèi)部，有的暴露在表層。有些鍛造裂紋熱處理前未被發(fā)現(xiàn)，但在熱處理時擴展了，使工件在淬火工序發(fā)生了開裂。某廠曾有三件由254mm（10in）鋼錠鍛成的9Cr2鋼軋輥，粗加工后輥身直徑200mm；第一件在淬火時裂為兩段，當即停止了另兩件的淬火并進行分析。通過對兩件未淬火的軋輥做超聲波探傷，均發(fā)現(xiàn)內(nèi)部缺陷嚴重，并集中分布在相當于鋼錠冒口的一端。進行橫向切片檢查發(fā)現(xiàn)裂紋已擴展到接近軋輥的表面，并在心部發(fā)現(xiàn)有鑄錠在凝固收縮時產(chǎn)生的孔洞。這樣的鋼件發(fā)生淬火開裂就不足為怪了。i=s 本帖最后由 miketyson 于 2009-4-24 22

29、:44 編輯 /isize=5 零件熱處理裂紋的分析與對策（4）/size哈爾濱第一工具廠（黑龍江 150020） 祝國華 戰(zhàn)祥麗16. 零件的形狀與淬火裂紋熱處理零件的形狀與淬火裂紋有密切關(guān)系，而零件的形狀與設計有關(guān)。那些形狀復雜、截面變化大、厚薄相關(guān)懸殊、帶有尖角溝槽的零件，淬火冷卻時會產(chǎn)生極為復雜的內(nèi)應力，非常容易引起淬火裂紋。對熱處理來說，較好的形狀應該是：截面變化比較均勻；不產(chǎn)生應力集中的區(qū)域，也就是無缺口效應。形狀不好的零件，無論技術(shù)多么嫻熟也很難完全防止淬火裂紋的發(fā)生。以下形狀的零件淬火裂紋發(fā)生的概率非常大。圖4 和圖5 為橫截面急劇變化的淬火裂紋，圖6 為尖角和孔穴處的淬火裂紋

30、，圖7 和圖8為鍵槽的淬火裂紋，圖9 為斧頭薄刃處的淬火裂紋。以上零件之所以容易產(chǎn)生裂紋是因為發(fā)生裂紋的部位均屬于應力集中區(qū)域，即尖角處和截面急劇變化的交界處。這些區(qū)域在淬火時，常由于應力過大而引起淬火開裂。有資料介紹，尖角處的應力約為平滑面部位的10倍左右，有人稱尖角是導致淬火裂紋的致命因素。因此，尖角的轉(zhuǎn)角處最好做成半徑R=35mm的圓角，若做不到，那怕有1mm半徑的圓角或倒一下角也是好的。有人做過試驗，當半徑為5mm時，尖角的影響減半，半徑為15mm時則被全部消除。imghttp:/www.china-防止或減少此類零件淬火裂紋的措施：（1）改善零件的不良形狀，如在其壁厚處開工藝口；在其

31、壁薄處加加強筋；將厚薄懸殊部位做成一定斜度；在滿足零件性能要求的前提下，將壁厚部分和壁薄部分做成組合件。（2）直徑比較大的零件最好做成空心的。（3）尖角改成圓角，那怕有1mm的圓角或倒角也好。（4）孔的入口處和出口處往往容易發(fā)生淬火裂紋，在出入口處倒一下角，最好用粘土或石棉泥將孔堵上，使其不產(chǎn)生缺口效應。（5）對結(jié)構(gòu)復雜、截面厚薄相差較大的工件，可選用淬透性大的鋼材，以便在冷卻時能選用分級淬火等緩慢的冷卻方式，這樣既能滿足硬度要求又能防止產(chǎn)生淬火裂紋。（6）在淬火操作上注意不要冷透，最好冷到5060左右（用手可以觸摸的程度），不經(jīng)清洗在鹽浴爐中立即回火，使淬火應力得到及時消除，對防止淬火裂紋起

32、到很好的作用。17. 沖刻標記與機械加工不當造成零件表面缺陷引起的淬火裂紋用尖銳的字頭在零件表面沖刻標記或機械加工不當造成零件表面有較深的刀紋時，在這些部位造成應力集中容易引發(fā)零件的淬火裂紋。圖10 為由沖刻標記造成的淬火裂紋。imghttp:/www.china-圖10 從刻印標記處產(chǎn)生的淬火裂紋防止由此產(chǎn)生淬火裂紋的辦法是：不要在零件表面沖刻各種標記，實在需要有標記時，可用萬能筆書寫等辦法解決；機械加工時不能使工件表面加工的過于粗糙，更不要造成深的刀紋。18. 冷處理與冷處理裂紋一般來說，冷處理原則上應在工件淬火后內(nèi)外完全冷至室溫后立即進行，因此說冷處理實際就是淬火過程的繼續(xù)。其目的是將組

33、織中殘余奧氏體更多、更完全地轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，以提高工件的硬度、強度、耐磨性和尺寸的穩(wěn)定性。對高速鋼來說還可以減少回火次數(shù)。冷處理有采用固態(tài)二氧化碳、酒精等冰冷劑（-78至-80）的普通冷處理和采用液氮（-196）的超冷處理等兩種。生產(chǎn)中主要采用普通冷處理。零件冷處理時發(fā)生裂紋是經(jīng)常遇到的問題，這是由于淬火冷卻時產(chǎn)生的淬火應力因冷處理而增大了，再有冷處理使大量殘余奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體而產(chǎn)生的相變應力，這兩方面的應力疊加在一起往往就會產(chǎn)生與淬火裂紋相同的裂紋，這就是冷處理裂紋。如何防止冷處理裂紋的發(fā)生呢？零件淬火冷透后就應立即進行冷處理，但在實際生產(chǎn)中很難這樣做，因淬火后立即冷處理產(chǎn)生裂紋的概率很大。

34、英國G·S·考普認為：為了得到較好的效果，冷處理應采用連續(xù)冷卻，但是這時形成裂紋的危險性又會顯著增加，即便對形狀簡單的工具也是如此。日本大和久認為：為了防止冷處理裂紋，應在冷處理前于100130略微回一下火，也就是說，在使殘余奧氏體稍許穩(wěn)定化、同時降低淬火應力之后，再進行冷處理，這樣做可以說基本上可完全防止冷處理裂紋。某工具廠熱處理一批Cr12MoV鋼制滾絲輪時，1130高溫加熱，油冷，淬火后硬度4852HRC，完全冷卻后于-78%冷處理。冷處理后發(fā)現(xiàn)沿鍵槽處開裂，幾乎全軍覆沒。分析其原因，由于采用1130的高溫加熱，淬火冷卻后殘余奧氏體量可達85%左右，冷處理時將有大量殘

35、余奧氏體馬氏體化，必然產(chǎn)生相當大的相變應力，發(fā)生開裂是難免的。后改為淬火油冷至室溫，然后在500520回火1h，再冷至室溫進行冷處理，使一部分殘余奧氏體在第一次回火冷卻時發(fā)生了轉(zhuǎn)變，這樣一來相應就減少了冷處理時產(chǎn)生的應力，沒有再發(fā)生裂紋。冷處理后再于500520回火兩次，每次1h，回火后硬度6062HRC。如何進行冷處理及如何防止冷處理裂紋發(fā)生，各廠有不同的方法和措施。但有一條必須注意，冷處理前零件一定要冷透。另外，在對高速鋼等高合金鋼零件冷處理時不要連續(xù)降溫，要分段降溫，即在-20-30停留20min左右，再繼續(xù)降溫到-70-80。零件冷處理后不要立即從冷處理爐中取出，應等其溫度回升到-30

36、左右時取出，待零件完全恢復到室溫后要及時回火，消除應力。19. 焊接裂紋這里所述焊接裂紋，是指對焊接刀具在焊縫處發(fā)生的裂紋。為節(jié)約昂貴的高速鋼材，高速鋼刀具的刃部使用高速鋼制作，柄部使用45鋼或40Cr鋼等價格便宜的鋼制作。為此，生產(chǎn)中用對焊的方法使兩種鋼材焊接在一起，這樣在兩種鋼材之間有一條焊縫。若焊接質(zhì)量不佳，在焊縫處存在氣孔、氧化物夾雜或局部脫焊（沒焊合）等，則在熱處理后都會出現(xiàn)裂紋，或在校直時焊縫開裂，斷裂面多呈深褐色，有的還會有氧化皮等。防止裂紋發(fā)生的措施：（1）要嚴格按焊接工藝進行操作。（2）要注意焊接前焊接坯料的對焊面一定要清理干凈，不能生銹，更不能有氧化皮或其他臟物存在。20.

37、 敲擊裂紋這種裂紋主要發(fā)生在淬火后的桿狀刀具在敲擊校直時形成的裂紋。桿狀刀具淬火后發(fā)生彎曲變形是經(jīng)常發(fā)生的，只能用校直的辦法來解決，當采用敲擊校直時，若敲擊用力過大或反復敲擊，被敲擊部分會引起冷作硬化，被敲擊處的組織受到破壞而產(chǎn)生較大應力，甚至出現(xiàn)肉眼難以發(fā)現(xiàn)的微細裂紋，酸洗時或在長期存放與使用中便會產(chǎn)生裂紋，這就是敲擊引起的敲擊裂紋。這種裂紋主要發(fā)生在淬火后的桿狀刀具（如細長拉刀、長鉆頭等）敲擊校直過程中。敲擊校直的方法如圖&&所示。將彎曲的工件放在鋼鐵制平臺上，用錘子錘擊工件彎曲的凹面，錘頭要有一定的硬度，或用淬火回火后的剁刀置于彎曲工件的凹面，用錘子錘擊剁刀的刀背。img

38、http:/www.china-圖11 敲擊校直示意圖1.剁刀 2.錘子 3.彎曲的工件 4.平臺為防止造成敲擊裂紋，剁刀的刀刃不能太尖，要磨成一圓弧，敲擊時不能用力過大，敲擊點應均勻分布在凹面的一定范圍內(nèi)，不能集中在一個部位敲擊，更不能多次反復敲擊一點。敲擊時要注意安全，戴好手套和防護面罩。敲擊過的工件最好不要酸洗，非要酸洗時酸洗時間要短，以防引起裂紋。敲擊校直的方法一般適用在其他校直方法達不到目的時才使用，或彎曲量不大的工件采用敲擊校直。建議盡量不采用或少采用這種校直方法。i=s 本帖最后由 miketyson 于 2009-4-24 22:46 編輯 /isize=5 零件熱處理裂紋的分

39、析與對策（5）/size哈爾濱第一工具廠（黑龍江 150020） 祝國華 戰(zhàn)祥麗21. 熱點校直(對稱火焰校直)時產(chǎn)生的裂紋熱點校直是用氧乙炔火焰熱點(加熱)彎曲工件的凸面，是利用熱漲冷縮的作用使彎曲的工件得以校直。熱點要均勻分布在工件的凸面上，不要集中在一個部位上加熱。熱點的數(shù)量和分布情況，要根據(jù)彎曲工件的具體情況而定，如工件的彎曲量、彎曲部位和彎曲范圍等。熱點校直適用于細長的、直徑或有效厚度不大的薄片工件的校直，如細長的軸類、芯桿、鍵槽拉刀、機用鋸條以及鋸片銑刀等。熱點時若加熱過快或重復熱點一個部位，容易在熱點處產(chǎn)生裂紋。某廠在冬季用氧乙炔火焰校直36mm、長580mm心桿(T8)時，冷卻

40、后發(fā)現(xiàn)熱點處有裂紋發(fā)生。后采取在火焰校直前，將芯桿放在160180預熱爐中預熱30min后再熱點校直，裂紋不再發(fā)生。因冬季室溫低采取預熱就相當于減小了加熱速度從而減小了熱應力。22. 酸洗裂紋由于工件在酸洗時，會產(chǎn)生氫原子擴散到鋼中，產(chǎn)生相當大的內(nèi)應力，使鋼的強度和塑性降低，脆性增大(被稱為氫脆現(xiàn)象)。經(jīng)過敲擊過的工件，熱點校直過的工件，焊接不良的刀具及回火不充分的對焊刀具，殘余應力較大，在酸洗時極易產(chǎn)生酸洗裂紋。對焊刀具的酸洗裂紋其位置大都靠近焊縫處塑性較低的高速鋼部分。熱處理正常的對焊刀具在酸洗時，如果酸洗液濃度過高或酸洗時問過長，也會產(chǎn)生酸洗裂紋。imghttp:/www.china-表

41、2是某廠生產(chǎn)規(guī)格為25×5的弧型鍵槽銑刀，刃部材料為W18Cr4V鋼，柄部為45鋼，經(jīng)1285分級淬火，560三次回火，每次lh，隨后在不同濃度的酸洗液中酸洗2h，出現(xiàn)裂紋的情況。表3所列為在相同濃度的酸洗液中經(jīng)不同時間酸洗，出現(xiàn)裂紋的情況。imghttp:/www.china-23. 因熱處理不當引起的磨削裂紋熱處理后的工件在磨削過程中因砂輪選擇不合理磨削規(guī)范不合理或磨削的不規(guī)范，容易造成零件的磨削裂紋。同樣，若熱處理不當也能造成工件的磨削裂紋，如熱處理后殘余應力較大或殘余奧氏體量較多，這種情況多為回火不充分造成。當工件回火不充分時，淬火應力得不到充分消除，這些應力與工件磨削時產(chǎn)生

42、的應力疊加在一起就容易造成磨削裂紋。此外，工件若存在較多的殘余奧氏體(如高合金鋼)，則它們會因磨削而馬氏體化，繼續(xù)對之進行磨削，也容易產(chǎn)生磨削裂紋。工件滲碳時，若滲碳層中碳濃度太高，網(wǎng)狀碳化物嚴重，零件在磨削加工中非常容易出現(xiàn)裂紋。24. 回火裂紋回火裂紋是指淬火的鋼件進行回火時，因加熱速度過快或冷卻速度過急或是因組織變化而形成的裂紋。(1) 快速回火加熱引起的回火裂紋：若將淬火鋼件快速加熱，表層與內(nèi)部會產(chǎn)生較大的溫度梯度，而產(chǎn)生較大的內(nèi)應力。不僅如此，由于淬火后的鋼為馬氏體組織，因而處于膨脹狀態(tài)，若將淬火的鋼快速加熱，則在表面會引起收縮，而其內(nèi)部仍處于膨脹狀態(tài)，故表層受拉應力而使工件發(fā)生開裂。(2) 回火加熱后急冷引起的回火裂紋：這種情況多