零件热处理裂纹的分析.docx
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零件热处理裂纹的分析
目录
1.零件在热处理裂纹产生的原因Crack1
2.关于裂纹的类型Crack1
3.裂纹的分辨方法Crack1
4.检查裂纹的方法Crack2
5.淬火过热与淬火裂纹Crack2
6.加热速度过快、加热不均匀与淬火裂纹Crack2
7.淬火冷却速度与淬火裂纹Crack2
8.清洗过早引起的淬火裂纹Crack3
9.萘状断口与淬火裂纹Crack3
10.脱碳与淬火裂纹Crack3
11.重复淬火与淬火裂纹Crack4
12.渗碳与淬火裂纹Crack4
13.淬火加热炉与淬火裂纹Crack4
14.钢材质量与淬火裂纹Crack5
15.锻造与淬火裂纹Crack6
16.零件的形状与淬火裂纹Crack6
17.冲刻标记与机械加工不当造成零件表面缺陷引起的淬火裂纹Crack7
18.冷处理与冷处理裂纹Crack7
19.焊接裂纹Crack7
20.敲击裂纹Crack8
21.热点校直(对称火焰校直)时产生的裂纹Crack8
22.酸洗裂纹Crack8
23.因热处理不当引起的磨削裂纹Crack9
24.回火裂纹Crack9
25.加强生产管理,提高人员素质,减少裂纹废品损失Crack9
26.裂纹的分辨方法Crack10
零件热处理裂纹的分析与对策
哈尔滨第一工具厂(黑龙江150020)祝国华战祥丽
零件在热处理过程中产生的裂纹是最严重的热处理缺陷之一。
这种缺陷通常是无法补救的,零件只能报废,因而它引起了热处理工作者的特别重视。
1.零件在热处理裂纹产生的原因Crack
零件在热处理过程中会产生很大的内应力(组织应力和热应力),当这些应力超过钢的屈服强度时,会引起零件的变形;当应力更大,超过钢的抗拉强度时,则会造成零件的开裂。
作用在零件上的应力有两种:
压应力和拉应力。
淬火时形成的拉应力是引起淬火裂纹的主要原因。
但是当钢的塑性较高时,即使有较大的拉应力也不会引起零件的开裂,比如没有发生组织转变的去应力退火,获得较多残留奥氏体的等温淬火等。
只有在应力较大,又具备了高硬度、脆性大的组织时,才容易造成零件的开裂。
故淬火裂纹的形成同时存在两个条件:
一是具有脆性组织;二是拉应力超过了此时钢的抗拉强度(当然其他情况也能促使零件裂纹发生,比如原材料缺陷、设计及机械加工造成的缺陷等)。
2.关于裂纹的类型Crack
裂纹的分类方法各种各样。
按裂纹的方向分,有纵向裂纹、横向裂纹、弧形裂纹和网状裂纹(又称龟裂)等;按裂纹发生的位置分,有表层裂纹(或称表面裂纹)和内部裂纹;按裂纹发生在不同工序分,有锻造裂纹、焊接裂纹、淬火裂纹、回火裂纹、冷处理裂纹、酸洗裂纹及磨削裂纹等。
零件在热处理过程中以淬火裂纹为最多。
3.裂纹的分辨方法Crack
如何区分究竟是淬火裂纹、回火裂纹、锻造裂纹还是磨削裂纹等是很重要的,这样便于准确查找裂纹发生在哪一工序,有利于分析裂纹产生的原因。
第一,注意淬火裂纹和磨削裂纹形态的不同。
对于淬火时未发现而在磨削后才发现的裂纹,要区别是淬火裂纹还是磨削裂纹。
在裂纹未附着染物时比较容易,此时注意裂纹的形态,特别是裂纹发展的方向,磨削裂纹是垂直于磨削方向的,呈平行线形态(如图1所示),或呈龟甲状裂纹(如图2所示)。
磨削裂纹的深度很浅,而淬火裂纹一般都比较深、比较大,与磨削方向无关,多呈直线刀割状开裂。
第二,注意裂纹发生的部位。
尖锐的凹凸转角处、孔的边缘处、刻印处、打钢印处及机械加工造成的表面缺陷等部位,在这些部位发生的裂纹多属于淬火裂纹。
第三,通过观察零件的裂纹断面来区分是淬火裂纹还是淬火前的锻造裂纹或其他情况造成的裂纹。
若断面呈白色或暗白色或浅红色(水淬时造成的水锈),均可断定为淬火裂纹,若裂纹断面呈深褐色,甚至有氧化皮出现,那就还是淬火裂纹,系淬火前就存在的裂纹,是零件经过锻造或压延时形成的裂纹,这些裂纹都会因淬火而被扩大。
因淬火裂纹基本上是在Ms点以下时形成的,其断面是不会被氧化的。
第四,在显微组织中,淬火裂纹是沿晶界断裂,若不是沿晶界断裂,而是沿晶内断裂,则属于疲劳裂纹。
第五,如果裂纹周围有脱碳层存在,那就不是淬火裂纹,而是淬火前就存在的裂纹,因为淬火裂纹是淬火冷却时产生的,绝不会发生脱碳现象。
裂纹
磨削
方向
图1平行线状磨削裂纹
裂纹
磨削
方向
图2龟甲状磨削裂纹
4.检查裂纹的方法Crack
检查零件有无裂纹,最简单、最常用的方法是将零件喷砂后用肉眼直接观察,或使用放大镜观察零件的表面即可。
当用肉眼或放大镜看不到裂纹零件时,还可用浸油探伤法检查,即将零件浸入到煤油、汽油等油中,稍后取出零件用棉纱擦拭干净,再涂以石灰粉或其他白粉,如有裂纹,则在白色部位有油渗出。
有经验的检查人员还可以用敲击的方法检查出是否有裂纹,即用小锤等轻轻敲击零件,如果发出清晰的金属声音,尾音比较长,即可认为没有裂纹;反之,若发出重浊的声音,就出现了裂纹,还可以采用磁力探伤法及荧光探伤法检查零件是否有裂纹。
5.淬火过热与淬火裂纹Crack
零件被加热到高出工艺规定的某一淬火加热温度并在一定的加热时间里,便会造成工件的淬火过热。
过热温度会因钢种的不同而不同。
工件一旦过热,则奥氏体晶粒粗化,生成的马氏体针也粗大,容易产生马氏体微裂纹。
这种马氏体的微裂纹是淬火裂纹的激发源,并发展成为淬火裂纹。
过热使钢的性能变坏,强度与塑性大大降低。
生产现场中淬火过热引起的淬火裂纹在工具钢中最为常见,特别是高速工具钢因淬火过热造成工件裂纹的事例最多,这是由于高速钢的淬火加热温度接近其熔点,因此稍有不慎即可引起过热,甚至过烧。
这样引起裂纹的零件在金相检查时明显发现淬火晶粒粗大,裂纹均发生于网状碳化物处,由此可见,裂纹系加热温度过高所致。
因过热形成的共晶碳化物沿晶界呈网状分布,在晶界上形成一层硬壳使钢产生了很大的脆性,阻碍了钢的塑性变形,在淬火冷却时产生的极大应力作用下引起淬火裂纹。
防止零件因淬火过热而产生裂纹的主要措施是:
①工艺员要制定正确合理的加热温度和加热方法。
如对一些大规模碳化物偏析较严重的高速钢刀具,应采取高速钢下限的淬火加热温度,为保证加热充分,可适当延长加热时间,对一些带尖角的零件应离炉内加热体远一些,在盐浴炉中工件距电极的距离不得小于50mm,以免引起尖角过热。
②对测温仪表和控温仪表要定期检查校对和维修,保证仪表始终在运转正常的情况下使用。
仪表员要保证测温、定温、调温时准确无误。
③淬火工要随时观察炉温的情况,发现炉温有异常变化时,及时找工艺员或仪表员等有关人员解决,必要时立即停产,重新测温,待炉温恢复正常后再进行生产。
④设备要保证工艺要求。
6.加热速度过快、加热不均匀与淬火裂纹Crack
零件加热速度过快和加热不均匀会使应力增加,尤其是合金元素较多、导热性较差和较大的高合金钢工件,在淬火加热前若不进行充分的预热,则在淬火时会因加热速度过快和加热不均而很可能导致产生裂纹。
生产中高速钢工件多采用550~600℃和850~900℃的两段预热,以减缓高速钢工件的加热速度,并使其得到充分均匀的加热,从而减少加热时的应力,同时也可缩短高速钢工件高温加热时间。
因炉渣的温度一般都比较高,工件一旦接触到炉渣使工件局部温度升高,淬火工在工作前要对盐浴炉进行认真清氧捞渣,将炉底的残渣必须捞净。
电阻炉的电阻丝布置要均匀合理,以保证炉内温度均匀一致,避免引起工件加热不均匀。
7.淬火冷却速度与淬火裂纹Crack
零件产生淬火裂纹的原因是多方面的,但就发生的时间来说,多是在淬火冷却过程中发生的。
更具体的讲,裂纹是发生在零件冷至钢的马氏体转变点至Mf点之间的冷速过大,此期间热应力与组织应力会达到最大值,很容易造成零件淬火裂纹发生。
裂纹能否产生取决于淬火时热应力与组织应力的和是正(拉应力)还是负(组织应力)。
若两者之和为正则可能发生裂纹,若为负则不会发生裂纹。
零件从奥氏体化温度以大于临界冷却速度的急冷,导致产生热应力,使外层受压,内层受拉,这对防止淬火裂纹将起着有效的作用。
从这个意义上讲,在奥氏体区域快速冷却对防止淬火裂纹发生是有利的。
与此相反,在马氏体区域内的冷却与相变应力有关,在此区域内冷却速度越大,则相变应力越大,表面层的拉应力越大,因而容易导致淬火裂纹的发生。
在实际生产中,对不同的钢材和具体的零件采用双液淬火、分级淬火和等温淬火等,其目的就是为了在马氏体转变区域内缓冷,尽量使零件内外层同时发生组织转变,力求使组织应力达到最小值,以避免裂纹的发生。
表1是某工具厂生产的高速钢制弧形键槽铣刀(钢的化学成分相同),由于采用的冷却方式不同则产生裂纹的数量和百分率也不同。
表1淬火冷却方式对淬火裂纹的影响
刀具名称
及规格
㎜×㎜
淬火冷却方式
淬火的数量(件)
出现淬火
裂纹的数量(件)
裂纹
百分率(%)
弧形键槽铣刀
13×3
13×4
16×4
25×5
油冷至油温(<60℃)
50
17
34
580~620℃分级后空冷
600
8
1.33
580~620℃分级→260~280℃等温1h→空冷
694
0
0
8.清洗过早引起的淬火裂纹Crack
尺寸较大的工件,淬火冷却后表面看上去冷的差不多了,但其心部温度仍比较高,仍在进行着马氏体的转变。
此时若将工件放入冷水中(特别在冬季的冷水中)清洗,等于在马氏体转变区域内加速冷却,产生的内应力将会增加,使工件发生开裂,这种裂纹仍为淬火裂纹。
因此,工件必须完全冷透后再清洗。
9.萘状断口与淬火裂纹Crack
萘状断口是高速钢的一种常见缺陷。
正常的高速钢断口是细陶瓷状,过热的断口较粗糙,萘状断口则是一种具有特殊闪光、与萘的闪光相似的粗糙断口。
产生萘状断口。
产生萘状断口的钢,其显微组织的特点是奥氏体晶粒很大且不均匀,个别粗大晶粒可达0.1~1㎜。
产生萘状断口的钢,其淬火、回火后的硬度和红硬性与正常断口的钢基本上是相当的,但机械强度明显降低,特别是韧性更低。
有关资料介绍,通过试验表明:
W9Cr4V2在1220℃三次淬火、560℃三次回火(产生严重的萘状断口)同1220℃一次淬火、560℃三次回火(正常断口)相比较,前者较后者弯曲强度降低25%,拉伸强度降低30~35%,扭转强度降低40%,冲击韧性降低65%。
用高速钢制造的刀具一旦产生萘断口,在淬火冷却时容易形成淬火裂纹,校直时易压断,使用中易崩刃和折断。
关于萘状断口的形成,通常发生在下面两种情况:
一是钢在锻、轧等热塑性变形加工时的终了温度过高(1050~1000℃)时;二是重复淬火时没有经过中间退火或退火不充分造成。
防止萘断口产生的措施应注意以下几点:
①严格控制终锻温度,使其不高于1000℃。
②锻件毛坯必须经充分退火。
③返修的高速钢工件在重新淬火前必须进行充分退火,退火后的硬度≤28HRC。
10.脱碳与淬火裂纹Crack
脱碳分完全脱碳(铁素体脱碳)和不完全脱碳,即保留一部分残余碳量的脱碳。
生产现场中遇到的多是不完全脱碳。
零件不管是在热处理前或淬火加热过程中,如果产生脱碳,则由于脱碳的表层与未脱碳的内部化学成分不同,因而在淬火时发生相变的时间就不相同,马氏体的膨胀量也不相同,这样就使零件内应力增大而容易产生裂纹。
例如,当高速钢的含碳量为0.8%时,其Ms点为150℃;如果因表面脱碳使脱碳层的含碳量降低为0.4%时,Ms点为330℃。
在淬火冷却时,由于相变首先从脱碳层开始,当脱碳层的马氏体转变已经完成或正在大量转变时,其心部还没有开始转变,这时表层处于压应力状态。
当工件温度降到150℃以下时,非脱碳的内部开始马氏体的转变,但此时脱碳的表层已经完成了马氏体的转变,表层比较硬,故难以产生塑性变形,表层处于强大的拉应力状态,很容易使零件发生开裂,。
某厂生产的W9Mo3Cr4V钢制内孔车刀热处理后产生了裂纹,将车刀横断面进行宏观腐蚀后检查,发现车刀四周均有严重脱碳层,其浓度约为1.5mm左右。
造成脱碳的原因是车刀在锻造退火时产生的脱碳层未加工掉而在淬火时发生了裂纹。
之所以断定系锻造退火时发生的脱碳,是因为在同一盐炉中淬火加热的其他高速钢工件未发现脱碳现象。
再说在盐浴炉中淬火加热很少发现如此严重的脱碳事故。
另一工厂生产的柴油机气门弹簧在使用中发生疲劳裂纹,弹簧材料为50CrVAl钢丝,860℃淬火油冷,460℃回火,硬度为43~49HRC。
对断裂的弹簧钢丝进行金相检查,发现有表面脱碳,而这种脱碳在原材料钢丝中并未发现,这说明弹簧脱碳是在热处理淬火加热时发生的。
可见弹簧疲劳裂纹与表面脱碳有关,因为表面脱碳后使表层强度降低,容易发生疲劳裂纹甚至发展到疲劳断裂。
防止零件淬火加热时的脱碳有以下几方面的措施:
①对进厂的各种原盐要进行严格检验,不符合技术标准的原盐不使用。
②零件在盐浴炉中加热时,要认真脱氧捞渣,不要只脱氧不捞渣,因为炉底的渣子含有很多氧化物。
③零件在电阻炉中加热要通保护气体或采用其他保护介质加以保护,以防脱碳。
④工件表面如果已生锈或有氧化皮,淬火加热前要清除干净。
⑤若毛坯件有脱碳层存在,热处理前要彻底加工去除掉。
⑥在有条件的情况下采用真空炉进行淬火加热。
完全脱碳是专为一些特殊需要的零件而设计的。
由于脱碳层软而韧,即便由于内层马氏体的膨胀使外层受到拉应力也不会出现裂纹,这样一来,内层的马氏体被包上了一层软的脱碳层,成为内层坚硬、外层又软又韧的状态,从而得到了耐冲击性非常好的零件。
防弹钢板等零件就是通过这种先表层完全脱碳后再进行淬火的热处理方法得到的。
11.重复淬火与淬火裂纹Crack
重复淬火容易产生淬火裂纹,这是因为重复淬火会使钢的晶粒粗化,同时重复淬火增加了淬火加热时的脱碳机会,脱碳到一定数量时也容易发生淬火裂纹。
马氏体的膨胀量随含碳量的增加而增大,因此脱碳层的马氏体膨胀量比基体要小,这种马氏体膨胀量的差异也是引起淬火裂纹的原因之一,故重复淬火的工件更要注意防止脱碳。
造成零件重复淬火的原因有如下情况:
①淬火温度低,或虽然加热温度正常,但加热时间不足,造成淬火加热不够充分,致使淬火后硬度不足,只好重新淬火。
②回火温度高且回火时间长,将淬火硬度合格的零件回火后硬度降低了。
③淬火回火后的工件弯曲变形超差(特别是那些大型长棒形工件如拉刀等),且又无法使其达到合格,只好退火重新淬火后再校直。
④产品混料。
比如高速钢W18Cr4V钢与W9Mo3Cr4V钢混在一起,或产品跟单上标注的钢材与实际产品钢材不符。
比如产品为W18Cr4V钢,而产品跟单上写的是W9Mo3Cr4V钢,若按W18Cr4V钢淬火加热,淬火后W18Cr4V钢的硬度必然低。
避免重复淬火的办法是针对上述不同原因采取相应措施,如严格按工艺文件规定的淬火加热温度和加热时间生产;保证控温仪表和加热设备始终处于正常运转;加强生产管理,不要造成混料、错料事件发生;零件重新淬火前必须进行退火处理,零件重复淬火只能进行一次;认真校直,避免出现返修品。
12.渗碳与淬火裂纹Crack
进行渗碳的零件,通常采用ωC=0.1%~0.25%的低碳钢。
渗碳深度一般为0.5~2㎜(根据零件的性能要求而确定),渗碳层的ωC以0.9%~1.1%为佳。
零件渗碳后淬火,由于表面层含碳量高,其表面层能获得比内部大的马氏体膨胀量,使表面受压应力,从而防止了淬火裂纹的发生。
但是当渗碳过度时反而容易引起淬火开裂。
这是因为渗碳过度,渗碳层就会成为硬而脆的碳化物层,容易产生淬火裂纹。
过度渗碳还会出现网状渗碳体而导致晶界裂纹。
再有渗碳若浓度不均匀时,则淬火时会发生不同的组织转变而引起裂纹。
若渗碳后的冷却速度过快,在应力作用下也能引起裂纹,这种情况多发生在合金元素含量较多的渗碳钢件中。
13.淬火加热炉与淬火裂纹Crack
淬火裂纹与加热炉的关系也是很重要的,若淬火加热炉满足不了零件淬火加热的标,会影响产品的质量。
比如工件外形很大,而炉膛较小,在加热时工件外边沿距炉子加热体太近而造成工件外层边沿的过热,特别是那些带有尖角的零件,会因热效应更容易造成工件过热而发生淬火裂纹。
根据生产实践,工件在盐浴炉中进行淬火加热时,工件的外边沿距电极的距离不得小于50㎜,以防引起工件表面过热和不慎使工件接触到电极引起串电烧伤工件。
如果加热炉的功率不够或电极长期使用变细变短等原因造成炉子升温缓慢,影响工件的加热质量,为保证工件加热充分,相应加热时间要延长,易引起工件的脱碳。
加热炉的发热体(电极、电阻丝等)布置不合理或使用中部分损坏造成了炉温不均。
再有淬火裂纹与加热炉的类型也有很大关系。
最不容易发生淬火裂纹的是真空加热炉,因为真空炉是辐射加热,具有加热缓慢、炉温均匀、无氧化脱碳等优点,是一种不容易引起淬火裂纹的加热炉。
燃料炉多是以重油或液化石油气作为燃料的火焰加热炉,零件与这种火焰直接接触的部分常常发生过热,此外,使用这种燃料时从燃料中产生的氢气会渗入到钢件表面而产生脆性,助长了淬火裂纹的形成,这就是燃料炉淬火裂纹发生率高的原因,现在这种燃料加热炉使用的越来越少了。
盐炉与电炉虽然不如真空炉,但比燃料炉要好得多,也比较经济适用,所以到目前为止,盐浴炉和电炉仍被广泛使用。
不过我们应重视先进的真空热处理技术,在有条件的情况下,要采用和推广真空热处理。
14.钢材质量与淬火裂纹Crack
钢材中的非金属夹杂物、疏松、缩孔和气孔等缺陷使钢材致密性较差,非金属夹杂物强烈地破坏了钢的连续性,若非金属夹杂物成大块状存在其危害更大,产生淬火裂纹的起源。
另外,缩孔、气孔是应力集中的一些缺口,热处理时容易由此开裂。
钢中存在严重的碳化物偏析时,对钢材质量的影响非常大。
这种情况多见于过共析高合金钢中,因该类钢成分的特点是组织中存在较多的二次碳化物和共晶碳化物,这些碳化物未经压力加工(如锻造等)前呈明显的带状偏析,使钢产生很大的脆性,淬火时产生的内应力如不能为材料的塑性变形所抵消和缓解时,便会引起淬火零件的开裂,裂纹多见于碳化物偏析最严重的地方。
在高速钢中碳化物堆集处,颗粒较小的碳化物数量较少,奥氏体晶粒容易长大,故在正常温度下也容易造成局部过热。
碳化物级别过高,会使淬火奥氏体合金度不一致,从而造成工件在冷却时马氏体转变不一致性和不同时性,使内应力增加从而会引起淬火裂纹。
某厂在热处理一批W18Cr4V钢制齿轮滚刀时(规格为M10),1280℃油淬后发现有两件齿轮滚刀内孔壁产生了很深的纵向裂纹,沿裂纹剖开,其断面经腐蚀后,金相检查可见明显的碳化物宽带,碳化物不均匀度为9级,因此判定由此原因造成的。
钢中若存在数量较多的大块角状碳化物时,淬火时粗大的角状碳化物对阻碍晶粒长大的作用小,使晶粒容易长大,从而容易引起钢的过热,强度降低,而产生淬火裂纹。
碳素工具钢和合金工具钢如因退火不佳而形成片状珠光体和网状碳化物等,容易使零件产生裂纹。
这是因为网状碳化物使钢的强度和钢性大为降低。
相同成分的钢,片状珠光体与球状珠光体相比较,前者较后者在较低的淬火温度下结束相变,因而在较低温度下其晶粒即开始长大,从而可引起钢的过热,强度降低。
防止因钢材质量不佳造成淬火裂纹,应做好如下几方面的工作:
⑴对进厂的钢材一定要严格检验,不合格的钢材坚决拒之门外;
⑵“漏网之鱼”何时都有,不合格的钢材不能投入生产;
⑶对碳素工具钢和合金工具钢要进行良好的退火,防止网状碳化物的产生。
⑷对一些碳化物偏析比较严重的大规模、高合金工具钢工件,淬火前要对坯件进行镦拔锻造加工,使碳化物不均匀度得到良好的改善。
⑸对一些特大规格的高速钢刀具虽然进行了锻造,但碳化物偏析仍较严重,以及由于各种原因不能进行锻造加工来改善碳化物不均匀度的长棒形大直径刀具(如直径≥90㎜的大规格高速钢拉刀等产品,其直径越大,碳化物偏析越明显),所以应在保证各项性能质量要求的前提下,应尽量采用比较安全合理的热处理工艺。
可按下面的工艺进行生产:
淬火:
第一次预热550~600℃;第二次预热850~900℃;高温加热(W18Cr4V为1270~1275℃,W9Mo3Cr4为1225~1230℃,W6Mo5Cr4V2为1220~1225℃)。
第一次分级冷却580~620℃;第二次分级冷却400~450℃;等温冷却250~280℃。
第一次预热时间不少于60min,第二次预热时间为高温加热时间的2倍,两次分级冷却时间与高温加热时间相同,等温时间为60~120mi。
回火:
在第一次回火中,刀具等温冷却后空冷至50~60℃,然后放入250~300℃盐浴中预热30min,再移入回火炉中缓慢升温至560℃保温60min,随后出焖在空气中缓冷至室温。
冬季天冷要放入铁筒或空闲炉中缓冷至室温,及时进行第二次回火。
因大量残余奥氏体基本上在第一次回火冷却过程中完成回火马氏体的转变,会产生很大内应力,为尽快消除这些内应力,应及时进行第二次回火。
第二、三、四次回火前同样要进行250~300℃预热30min,以减少回火加热过热造成的应力,这是避免发生回火裂纹非常有效的措施。
15.锻造与淬火裂纹Crack
工件在锻造时会因各种原因如冶金缺陷,像非金属夹杂、缩孔及气泡等在锻造时工件入炉时温度过高、升温太快、加热温度过高、锻造时变形太大以及变形不均、终锻温度过低及锻造后冷速过快等原因都能引起锻造裂纹,这些裂纹有的深藏在内部,有的暴露在表层。
有些锻造裂纹热处理前未被发现,但在热处理时扩展了,使工件在淬火工序发生了开裂。
某厂曾有三件由254㎜(10in)钢锭锻成的9Cr2钢轧辊,粗加工后辊身直径200㎜;第一件在淬火时裂为两段,当即停止了另两件的淬火并进行分析。
通过对两件未淬火的轧辊做超声波探伤,均发现内部缺陷严重,并集中分布在相当于钢锭冒口的一端。
进行横向切片检查发现裂纹已扩展到接近轧辊的表面,并在心部发现有铸锭在凝固收缩时产生的孔洞。
这样的钢件发生淬火开裂就不足为怪了。
16.零件的形状与淬火裂纹Crack
热处理零件的形状与淬火裂纹有密切关系,而零件的形状与设计有关。
那些形状复杂、截面变化大、厚薄相关悬殊、带有尖角沟槽的零件,淬火冷却时会产生极为复杂的内应力,非常容易引起淬火裂纹。
对热处理来说,较好的形状应该是:
截面变化比较均匀;不产生应力集中的区域,也就是无缺口效应。
形状不好的零件,无论技术多么娴熟也很难完全防止淬火裂纹的发生。
以下形状的零件淬火裂纹发生的概率非常大。
图7 槽直角处的淬火裂纹
图4 横截面急剧变化处的淬火裂纹图5 横截面急剧变化处(臂厚不同)的淬火裂纹
图6 尖角处和孔穴处的淬火裂纹 图7 槽直角处的淬火裂纹
图8 键槽处的淬火裂纹图9 斧头薄刃处的淬火裂纹
图4和图5为横截面急剧变化的淬火裂纹,图6为尖角和空穴处的淬火裂纹,图7和图8为键槽淬火裂纹,图9为斧头薄刃处的淬火裂纹。
以上零件之所以容易产生裂纹是的因为发生裂纹的部位均属于应力集中区域,即尖角处和截面急剧变化的交界处。
这些区域在淬火时,常由于应力过大而引起淬火开裂。
有资料介绍,尖角处的应力为平滑面部位的10倍左右,有人称尖角是导致淬火裂纹的致命因素。
因此,尖角的转角处最好作成半径R=3~5㎜的圆角,若做不到,哪怕有1㎜半径的圆角或倒一下角也是好的。
有人做过试验,当半径为5㎜时,尖角的影响减半,半径为15㎜时则被全部消除。
防止或减少此类零件淬火裂纹的措施:
﹙1﹚改善零件的不良形状,如在其壁厚处开工艺口;在其壁薄处加加强筋;将厚薄悬殊部位做成一定斜度;在满足零件性能要求的前提下,将壁厚部分和壁薄部分做成组合件。
﹙2﹚直径比较大的零件最好做成空心的。
﹙3﹚尖角改成圆角哪怕有1㎜的圆角或倒角也好。
﹙4﹚孔的入口处和出口处往往容易发生淬火裂纹,在出入口处倒一下角,最好用粘土或石棉泥将孔堵上,使其不产生缺口效应。
﹙5﹚对结构复杂、截面厚薄相差较大的工件,可选用淬透性大的钢材,以便在冷却时能选用分级淬火等缓慢的冷却方
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