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新闻动态  
热处理裂纹
吴江市新禾焊接设备有限公司   2013-07-29 10:31:06 作者:SystemMaster 来源: 文字大小:[][][]

指同热处理工艺过程相关的宏观裂纹,它包含裂纹的萌生和裂纹的成长过程.
热处理裂纹是在内应力下产生的裂纹,裂纹发展到一定程度则引起断裂.或者在工件上形成一定程度的不发展裂纹.断裂可分为脆性断裂和韧性断裂,绝大多数热处理裂纹的断口属于脆性断裂,断口具有灰亮色的金属光泽,且没有宏观塑性变形.
裂纹的形成与拉应力和材料的脆断强度(SK)有关.这种拉应力在热处理时主要是内应立(δ内).

一 加热不当形成的裂纹
1. 铸件由于结晶过程的不均匀性必然形成成分不均匀、组织不均匀;铸铁的石墨从微观上看可以认为是未发展的裂纹,铸态材料的非金属夹杂物,铸态钢中硬而脆的碳化物相,高合金钢中成分偏晰和疏松等缺陷的存在,以及高合金钢导热性差等因素,在大型工件快速加热时,可能形成较大的应力,从而出现开裂.
对于截面厚度相差很大或结构复杂的灰铁铸件.合金铸铁件,必须控制装炉温度和升温速度,否则容易引起开裂.灰铁铸件中的片状石墨的基体组织中存在许多微裂纹,,如果加热过快,石墨导热性差,工件厚薄相差大,可产生很大拉应力使微裂纹进一步扩展,形成开裂.
2.表面增碳或脱碳可能产生裂纹.
3 过热或过烧引起的裂纹 
过烧 加热温度接近其固相线时,晶粒氧化或开始部分熔化的现象.
过热 加热时由于温度过高,晶粒长得很大,形成大块组织,致使性能显著下降的现象.
4 氢致裂纹 氢有很大的易动性,易被钢中的所谓“陷阱”扑捉,钢中的夹杂物. 疏松等内部缺陷可能成为“陷阱”.夹杂物等缺陷受载荷时的应力集中与氢含量高这两个条件的叠加,易使氢致裂纹优先产生.
渗碳,碳氮共渗工件产生装配裂纹.放置开裂和使用过程断裂现象,断口为沿晶间断裂和准解理断裂,晶间出现非常细小的爪壮撕裂线.裂纹既沿晶发展,又沿板条马氏体束发展,属沿晶和穿晶的混合裂纹并有较多的二次裂纹.这些都是氢致裂纹的典型特征.裂纹属于延迟断裂..

二 淬火裂纹
钢铁件淬火主要是为获得马氏体组织,以便在适当温度回火后达到需要的力学性能;合金淬火则是为了获得单一均匀固溶体,为下道工序的时效强化或变形加工作好准备
1 马氏体显微裂纹__微观应力引起的裂纹
马氏体显微裂纹的形成机理至今尚未搞清楚.一般认为:.显微裂纹的产生是由于片状马氏体在高速长大时,相互撞击的结果;也可能是由于马氏体和奥氏体晶间或其它杂质相互撞击所造成的.因为撞击时产生很高的应力,而片状马氏体比较脆,不能产生塑性变形使其应力松弛,因而便易产生显微裂纹.
2 淬火裂纹__宏观裂纹,主要由宏观应力引起.
一方面,淬火形成的内应力使淬火显微裂纹扩展,形成宏观的淬火裂纹,另一方面由于增大了显微裂纹的敏感度,增加了显微裂纹的数量,降低了钢材的脆断强度,从而增大淬火裂纹的形成可能性.
淬火裂纹一般分纵向裂纹(又称轴向裂纹).横向裂纹.网状裂纹和剥离裂纹.
1)纵向裂纹,常发生在完全淬透的工件上.淬火时表面先冷,由表及里先后形成马氏体,由于马氏体比容大,最终形成表层拉内部压的组织应力.相对于截面尺寸不太大时,组织应力与热应力叠加后,表面仍为拉应力.当表面产生切向拉应力比轴向应力大,而且它超过该区域的断裂强度SK时,则形成纵向裂纹.2)横向裂纹 断口与工件轴向垂直,裂纹在内部产生,以放射状向周围扩展.
A.较大的工件未淬透时,在工件的淬硬区与非淬硬区之间过渡处有一个最大轴向拉应力,从而引起横向裂纹.横向裂纹垂直于轴.而且从内部产生.在应力发生变化时,或钢的断裂强度降低时,裂纹才扩展到表面.
B.在表面淬火时硬化区与非硬化区之间存在着较大切向或轴向拉应力,而形成过渡区裂纹,这种裂纹由过渡区向表面扩展而呈表面弧形裂纹.
C.淬火工件有软点时,软点周围也存在一个过渡区,该处存在着很大的拉应力,从而引起弧形裂纹.
D.工件有凹槽.棱角.截面突变处时常发生弧形裂纹
E.带槽.,中心孔或销孔的零件淬火时,这些部位冷却较慢,相应的淬火层较薄,故在过渡区由于拉应力作用易形成弧形裂纹.
3)网状裂纹 是一种表面裂纹.其厚度较浅,一般在0.01~ 1.5MM左右,裂纹走向具有任意方向,与工件的外形无关,许多裂纹相互连接形成网状.当裂纹变深时,网状逐渐消失;当到达1MM以上时,就变成任意走向的或纵向分布的少数条纹了
网状裂纹的形成与工件表层受二向拉力有关.当工件表层具有二向拉应力且较大,表层又较脆,断裂强度较低时,容易形成这种裂纹.
表面脱碳的高碳钢工件淬火后极易形成网状裂纹.但是,当表层完全脱碳时,淬火后表层为铁素体,因铁素体塑性好,易变形,可使应力松弛,则不易形成网状裂纹.
4)剥离裂纹 淬火后裂纹发生在工件次表层,裂纹与工件表面平行.这类裂纹多发生在表面淬火,或渗碳,碳氮共渗,渗氮和渗硼等化学热处理的工件中,裂纹的位置多在硬化层与心部交接处,即多产生在过渡区中,也就是产生于工件次表层很薄的区域.在这个区域,作用着两向压应力和经向拉应力.这类应力与硬化层或者硬化层与心部过渡区的组织不均匀有关.
表面淬火时,工件表层过热,沿硬化层组织不均匀也容易形成剥离裂纹.
5)应力集中裂纹 生产中许多裂纹都是由于应力集中因素而引起的.应力集中由零件的几何形状和截面变化引起.截面尺寸相差很大时,容易使不同部位冷速差异加大,不同部位马氏体相变的不同时性加大,组织应力增大,形成淬火裂纹.过深的切削刀痕往往也会引起应力集中.
6)过热淬火裂纹 由于钢件的原始组织不合格,或者淬火加热温度过高,或淬火加热时间过长,易引起奥氏体晶粒长大,在快速冷却淬火时,形成一种宏观上没有规律性.显微观察为沿晶间分布特征的淬火裂纹.
3 影响淬火裂纹形成的因素 概括起来包括冶金因素(化学成分,原始组织,冶金质量,非金属夹杂物,碳化物的数量和分布等),工艺因素(加热规范,冷却介质,冷却方法,机加工的质量,预备热处理等),结构因素(截面大小,形状,台阶等).


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