淬火工艺主要用于钢件,是将钢加热到临界温度Ac3 (亚共析钢)或Ac1 (过共析钢)以上温度,保温一段时间,使之全部或部分奥氏体化,然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms (马氏体转变起始温度)以下(或Ms附近等温)进行马氏体(或贝氏体)转变的热处理工艺。
淬火裂纹是指在淬火过程中或在淬火后的室温放置过程中产生的裂纹,后者又叫时效裂纹。裂纹的分布没有一定的规律,但一般容易在工件的尖角、截面突变处形成。造成淬火开裂的根本原因是拉应力超过材料的断裂强度,或者虽未超过材料的断裂强度,但材料由于存在内部缺陷也会发生开裂。造成淬火开裂的具体原因很多,以下列举是最为常见的原因,分析热处理淬火时应根据裂纹特征加以区分。
1材料弄混
2冷却不当, 在Ms点以下快冷,因组织应力大而开裂。淬火油中含水过多。
3未淬透工件心部硬度为36-~45时,在淬硬层与非淬硬层交界处易形成淬火裂纹。
4具有最危险尺寸的工件易形成淬火裂纹。全淬透最危险尺寸是:水淬为8~15 (mm),油淬为25~40 ( mm)。
5严重表面脱碳易形成网状裂纹。严重表面脱碳的高碳钢中,脱碳层的马氏体比体积小。易形成表面拉应力而导致形成网状裂纹。
6内径较小的深孔工件,由于内表面较外表面冷速慢,使得残余热应力作用小,所受的残余拉应力较外表面大,内壁易形成平行的纵向裂纹。
7淬火加热温度过高, 引起晶粒粗化,晶界弱化,钢的脆断强度降低,易淬火开裂。
8重复淬火前,未进行中间退火,过热倾向大,前项淬火的应力还未消除,又增加了新的应力,应力叠加易开裂。另外,多次加热引起表面脱碳,促使开裂。
9大截面高合金钢工件淬火加热时,未经预热或加热速度过快,加热时的应力和组织应力增大,引起开裂。
10原始组织不良。如高碳钢球化退火质量欠佳,其组织是细片状珠光体和点状珠光体时,过热倾向大,晶粒粗化,马氏体含碳量高,淬火开裂倾向大。
11原材料显微裂纹,非金属夹杂物,严重的碳化物偏析,淬火开裂倾向增大。如非金属夹杂物,严重的碳化物沿轧制方向成带状分布,由于力学性能的各项异性,其横向性能比纵向性能低(30~50) %,在表面最大拉应力作用下,常呈纵向开裂。
12锻造裂纹在淬火时开裂。在普通炉内淬火加热时,破断面上有黑色的氧化皮,裂纹两侧有脱碳层。
13过烧裂纹。裂纹多呈网状,晶界有氧化或熔化现象。
14淬透性低的钢,被钳子夹持的地方,冷速慢,有非马组织,钳口位于淬硬层与非淬硬层交界处时易开裂。
15工件的尖角,孔,截面突变及粗加工刀痕等,因应力集中引起开裂。
16高速钢,高铬钢分级淬火工件,未冷至室温,就急于清洗而引起开裂。
17深冷处理因急冷,急热,引起较大的组织和热应力,且低温时,材料的淬断强度低,易开
18淬火后未及时回火,工件内部的显微裂纹在淬火应力作用下扩展形成淬火裂纹。