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如何鉴别淬火裂纹和非淬火裂纹

简要描述:淬火过程中或在淬火后的室温放置过程中产生的裂纹叫做淬火裂纹。后者又叫时效裂纹。造成淬火开裂的原因很多,在分析淬火裂纹时,应根据裂纹特征加以区分。 
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淬火过程中或在淬火后的室温放置过程中产生的裂纹叫做淬火裂纹。后者又叫时效裂纹。造成淬火开裂的原因很多,在分析淬火裂纹时,应根据裂纹特征加以区分。

  一、淬火裂纹的特征

  在淬火过程中,当淬火产生的巨大应力大于材料本身的强度并超过塑性变形极限时,便会导致裂纹产生。

  淬火裂纹往往是在马氏体转变开始进行后不久产生的,裂纹的分布则没有一定的规律,但一般容易在工件的尖角、截面突变处形成。

  在显微镜下观察到的淬火开裂,可能是沿晶开裂,也可能是穿晶开裂;有的呈放射状,也有的呈单独线条状或呈网状。

  因在马氏体转变区的冷却过快而引起的淬火裂纹,往往是穿晶分布,而且裂纹较直,周围没有分枝的小裂纹。

  因淬火加热温度过高而引起的淬火裂纹,都是沿晶分布,裂纹尾端尖细,并呈现过热特征:结构钢中可观察到粗针状马氏体;工具钢中可观察到共晶或角状碳化物。

  表面脱碳的高碳钢工件,淬火后容易形成网状裂纹。这是因为,表面脱碳层在淬火冷却时的体积胀比未脱碳的心部小,表面材料受心部膨胀的作用而被拉裂呈网状。

  二、非淬火裂纹的特征

  淬火后发生的裂纹,不一定都是淬火所造成的,可根据下面特征来区分:

  淬火后发现的裂纹,如果裂纹两侧有氧化脱碳现象,则可以肯定裂纹在淬火之前就已经存在。淬火冷却过程中,只有当马氏体转变量达到一定数量时,裂纹才有可能形成。与此相对应的温度,大约在250℃以下。在这样的低温下,即使产生了裂纹,裂纹两侧也不会发生脱碳和出现明显氧化。所以,有氧化脱碳现象的裂纹是非淬火裂纹。

  如果裂纹在淬火前已经存在,又不与表面相通,这样的内部裂纹虽不会产生氧化脱碳,但裂纹的线条显得柔软,尾端圆秃,也容易与淬火裂纹的线条刚健有力,尾端尖细的特征区别开来。

  三、实例探讨

  1、轴,40cr,经锻造、淬火后发现裂纹。裂纹两侧有氧化迹象,金相检验,裂纹两侧存在脱碳层,而且裂纹两侧的铁素体呈较大的柱状晶粒,其晶界与裂纹大致垂直。 结论:裂纹是在锻造时形成的非淬火裂纹。

  当工件在锻造过程中形成裂纹时,淬火加热即引起裂纹两侧氧化脱碳。随着脱碳过程的进行,裂纹两侧的碳含量降低,铁索体晶粒开始生核。当沿裂纹两侧生核的铁素体晶粒长大到彼此接触后,便向离裂纹两侧较远的基体方向生长。由于裂纹两侧在脱碳过程中碳浓度的下降,也是由裂纹的开口部位向内部发展,因而为铁素体晶粒的不断长大提供了条件,故最终长大为晶界与裂纹相垂直的柱状晶体。

   2、半轴套座,40cr,淬火后出现开裂。金相检验,裂纹两侧有全脱碳层,其中的铁素体呈粗大柱状晶粒,并与裂纹垂直。全脱碳层内侧的组织为板条马氏体加少量托氏体,这种组织是正常淬火组织。

  结论:在加工过程中未经锻造,因此属原材料带来的非淬火裂纹。

  3、齿轮铣刀,高速钢,淬火后在内孔壁上出现裂纹。金相检验,发现裂纹附近的碳化物呈不均匀的带状分布。 结论:这是由于组织不均匀所造成的淬火裂纹。

  当钢的显微组织中存在碳化物聚集时,这些地方碳和合金元素的含量比较高,造成临界温度降低。因此,即使是在正常的温度下进行淬火加热,对于碳化物聚集处来讲,加热温度已显得过高了。其结果是这些地方出现过热组织,降低了钢的强度,淬火冷却时,在应力作用下产生开裂。

  高速钢的碳化物不均匀性是这种钢的重要质量指标之一。为减少或预防这类缺陷发生,冶金厂和使用厂都在不断采取措施,如使用厂用改锻工艺来均匀组织。当碳化物不均匀性的改善程度受到限制时,可在保证硬度的前提下采用较低淬火加热温度来避免过热组织产生。

  4w18cr4v钢制模具,高温盐浴中加热后油冷,发现开裂。从裂纹特征上看是冷却过快所致。因工件截面较大,冷却时内外温差也大,当表面转变为马氏体时,内部仍处于奥氏体状态,以后的冷却过程中才逐步转变为马氏体,致使表层受内部体积胀大的作用承受很大的拉应力而开裂。因此,可以判断为淬火裂纹。

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