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零件热处理裂纹的分析与对策（2）
哈尔滨第一工具厂（黑龙江
150020） 祝国华 战祥丽
6.
加热速度过快、加热不均匀与淬火裂纹
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、导热性较差和尺寸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地加热，从而减少加热时的应力，同时也可缩短高速钢工件的高温加热时间。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
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Ms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。
8.
清洗过早引起的淬火裂纹
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
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，淬火过热的断口较粗糙，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，个别粗大晶粒尺寸可达0.1～1mm。
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%，冲击韧度降低65%。
用高速钢制造的刀具一旦产生萘状断口，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。
防止萘状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≤HRC28。
10.
脱碳与淬火裂纹
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降低为0.4%时，其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。当工件温度降至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，此时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，其深度约为1.5mm左右。造成脱碳的原因是车刀在锻造后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中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产生的。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，不符合技术标准要求的原盐不使用。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。
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