鍛造裂紋與熱處理裂紋原理形態(tài)

1、一：鍛造裂紋與熱處理裂紋形態(tài)一:鍛造裂紋一般在高溫時(shí)形成，鍛造變形時(shí)由于裂紋擴(kuò)大并接觸空氣，故在100X或500X 的顯微鏡下觀察，可見到裂紋內(nèi)充有氧化皮，且兩側(cè)是脫碳的，組織為鐵素體，其形態(tài)特征是裂紋比較粗壯且一般經(jīng)多條形式存在，無明細(xì)尖端，比較圓純，無明細(xì)的方向性， 除以上典型形態(tài)外，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)有些 鍛造裂紋比較細(xì)。裂紋周圍不是全脫碳而是半脫碳。淬火加熱過程中產(chǎn)生的 裂紋與鍛造加熱過程形成的裂紋在性質(zhì)和 形態(tài)上有明顯的差 別。對結(jié)構(gòu)鋼而言，熱處理溫度一般較鍛造溫度要低得多，即使是高速鋼、高合金鋼其加 熱保溫時(shí)間則遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鍛造溫度。由于熱處理加熱溫度偏高，保溫時(shí)間過長或快速加熱， 均會(huì)在加熱

2、過程中產(chǎn)生早期開裂。產(chǎn)生沿著較粗大晶粒邊界分布的裂紋； 裂紋兩側(cè)略有脫 碳組織，零件加熱速度過快，也會(huì)產(chǎn)生早期開裂， 這種裂紋兩側(cè)無明顯脫碳，但裂紋內(nèi)及 其尾部充有氧化皮。有時(shí)因高溫儀器失靈，溫度非常高，致使零件的組織極粗大，其裂紋沿粗大晶粒邊界分布。 結(jié)構(gòu)鋼常見的缺陷： 1鍛造缺陷（1）過熱、過燒：主要特征是晶粒粗大，有明顯的魏氏組織。出現(xiàn)過燒說明加熱溫度高、 斷口晶粒粗大，凹凸不平，無 金屬光澤，晶界周圍有氧化脫碳現(xiàn)象。（2）鍛造裂紋：常產(chǎn)生于組織粗大，應(yīng)力集中處或合金元素偏析處，裂紋內(nèi)部常充滿 氧化皮。鍛造溫度高，或者終端溫度低，都容易產(chǎn)生裂紋。還有一種裂紋是鍛造后噴水冷 卻后形成的。（

3、3）折疊：沖孔、切料、刀板磨損、鍛造粗糙等原因造成了表面缺陷，在后續(xù)鍛造時(shí)，將表面氧化皮等缺陷卷入鍛件本體內(nèi)而形成折縫。在顯微鏡上觀察時(shí)，可發(fā)現(xiàn)折疊周圍有 明顯脫碳。2熱處理缺陷（1） 淬裂：其特點(diǎn)是剛健挺直，呈穿晶分布，起始點(diǎn)較寬，尾部細(xì)長曲折。此種裂紋 多產(chǎn)生于馬氏體轉(zhuǎn)變之后，故裂紋周圍的顯微組織與其它區(qū)域無明顯區(qū)別， 也無脫碳現(xiàn)象。（2）過熱：顯微組織粗大，如果是輕度過熱，可采用二次淬火來挽救。（3）過燒：除晶粒粗大外，部分晶粒已趨于熔化，晶界極粗。（4）軟點(diǎn)：顯微組織有塊狀或網(wǎng)狀屈氏體和未溶鐵素體等。加熱不足，保溫時(shí)間不夠， 冷卻不均勻都會(huì)產(chǎn)生軟點(diǎn)。二：鍛造裂紋與熱處理裂紋產(chǎn)生原因鍛造

4、裂紋：鋼在鍛造過程中，由于鋼材存在表面及內(nèi)部缺陷，如發(fā)紋、砂眼、裂紋、夾雜 物、皮下氣泡、縮 孑L、白點(diǎn)和夾層等，都可能成為鍛打開裂的原因。另外，由于鍛打工 藝不良或操作不當(dāng)，如過熱、過燒或終鍛溫度太低， 鍛后冷卻速度過快等，也會(huì)造成鍛件 開裂。熱處理裂紋：淬火裂紋是宏觀裂紋，主要由宏觀應(yīng)力引起。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，鋼制工件 常由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，鋼材選擇不當(dāng)、淬火溫度控制不正確、淬火冷速不合適等因素， 一方面增大淬火內(nèi)應(yīng)力，會(huì)使已形成的淬火顯微裂紋擴(kuò)展，形成宏觀的淬火裂紋，另一方 面，由于增大了顯微裂紋的敏感度，增加了顯微裂紋的數(shù)量，降低了鋼材的脆斷抗力Sk,從而增大淬火裂紋的形成可能性。影響

5、淬裂的因素很多，這里僅將生產(chǎn)中常碰到的幾種情況作一介紹：1. 原材料已有缺陷而導(dǎo)致的淬裂：如果原材料表面和內(nèi)部有裂紋或夾雜物等缺陷，在淬火之前未發(fā)現(xiàn)，有可能形成淬火裂 紋。2、夾雜物導(dǎo)致的開裂：如果零件內(nèi)部夾雜物嚴(yán)重，或本身因夾雜物嚴(yán)重已經(jīng)隱藏有裂紋，淬火時(shí)將有可能產(chǎn)生 裂紋3、因原始組織不良而導(dǎo)致的淬裂4、淬火溫度不當(dāng)造成的淬裂淬火溫度不當(dāng)引起零件淬裂，一般有兩種情況：（1儀表指示溫度低于爐子的實(shí)際溫度，使淬火溫度偏高，造成淬火過熱，導(dǎo)致工件發(fā) 生開裂。凡是過熱淬火開裂的金相組織均存在晶粒粗大和粗大的馬氏體。（2）鋼件實(shí)際含碳量高于鋼材牌號(hào)所規(guī)定的含量，若按原牌號(hào)的正常淬火工藝淬火時(shí)， 等于

6、提高了鋼的淬火溫度，容易造成零件過熱和晶粒長大，使淬火時(shí)應(yīng)力增大而引起淬裂。5、淬火冷卻不當(dāng)造成的淬裂淬火時(shí)由于冷卻不當(dāng)，也會(huì)使零件產(chǎn)生淬裂事故。6、機(jī)加工缺陷導(dǎo)致的淬裂由于機(jī)加工不良，在零件表面留下了粗而深的刀痕，盡管是很簡單的零件或不是應(yīng)力集中 的地方，也會(huì)在淬火時(shí)造成開裂 ，或在服役過程中發(fā)生早期損壞。7、零件外形對淬火裂紋的影響零件幾何形狀不合理，或截面過度區(qū)厚薄相差較大，在淬火時(shí)均易因應(yīng)力集中產(chǎn)生裂紋 8不及時(shí)回火導(dǎo)致的開裂淬火后不及時(shí)回火，將可能因淬火殘余應(yīng)力過大而導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生?？傊?，應(yīng)用金相方法進(jìn)行缺陷分析是一項(xiàng)較為復(fù)雜的工作，由于零件失效有時(shí)是由多種 因素所造成的，所以在實(shí)際工

7、作中，應(yīng)做多方面調(diào)查，掌握實(shí)情，并從多方面進(jìn)行分析， 以確保缺陷分析的準(zhǔn)確性。三：熱處理裂紋產(chǎn)生機(jī)理與磨削裂紋產(chǎn)生機(jī)理熱處理裂紋：產(chǎn)生機(jī)理：工件淬火后出現(xiàn)開裂是由內(nèi)應(yīng)力引起的。內(nèi)應(yīng)力分為熱應(yīng)力與相變應(yīng)力。1）工件在加熱或冷卻時(shí)，由于不同部位存在著溫度差而導(dǎo)致熱脹或冷縮不一致所引起的 應(yīng)力稱為熱應(yīng)力。2）淬火工件在加熱時(shí)，鐵素體和滲碳體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，冷卻時(shí)又由奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。 由于不同組織的比容不同，故加熱冷卻過程中必然要發(fā)生體積變化。 熱處理過程中由于工 件表面與心部的溫差使各部位組織轉(zhuǎn)變不同時(shí)進(jìn)行而產(chǎn)生的應(yīng)力稱為相變應(yīng)力。淬火冷卻時(shí)，工件中的內(nèi)應(yīng)力超過材料的屈服點(diǎn)， 就可能產(chǎn)生塑性變形，

8、如內(nèi)應(yīng)力大 于材料的抗拉強(qiáng)度，則工件將發(fā)生開裂。磨削裂紋： 產(chǎn)生機(jī)理：高的磨削溫度容易燒傷工件表面，使淬火鋼件表面退火，硬度降低。即使由于切削液 的澆注，可能發(fā)生二次淬火，也會(huì)在工件表層產(chǎn)生張應(yīng)力及微裂紋， 降低零件的表面質(zhì)量 和使用壽命。1 零件熱處理裂紋產(chǎn)生的原因零件在熱處理過程中會(huì)產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力（組織應(yīng)力和熱應(yīng)力），當(dāng)這些應(yīng)力超過鋼的屈服強(qiáng)度 時(shí)，會(huì)引起零件的變形；當(dāng)應(yīng)力更大，超過鋼的抗拉強(qiáng)度時(shí)，則會(huì)造成零件的開裂。作用在零件上的應(yīng)力有兩種：壓應(yīng)力和拉應(yīng)力。淬火時(shí)形成的拉應(yīng)力是引起淬火裂紋的主要 原因。但是當(dāng)鋼的塑性較高時(shí)，即使有較大的拉應(yīng)力也不會(huì)引起零件的開裂，比如沒有發(fā)生組織 轉(zhuǎn)變

9、的去應(yīng)力退火，獲得較多殘留奧氏體的等溫淬火等。只有在應(yīng)力較大，又具備了高硬度、脆 性大的組織時(shí)，才容易造成零件的開裂。故淬火裂紋的形成必須同時(shí)存在兩個(gè)條件：一是具有脆 性組織；二是拉應(yīng)力超過了此時(shí)鋼的抗拉強(qiáng)度（當(dāng)然其他情況也能促使零件裂紋發(fā)生，比如原材料缺陷、設(shè)計(jì)及機(jī)械加工不當(dāng)造成的缺陷等 ）。2 關(guān)于裂紋的類型裂紋的分類方法各種各樣。按裂紋的方向分，有縱向裂紋、橫向裂紋、弧形裂紋和網(wǎng)狀裂紋（又 稱龜裂）等；按裂紋發(fā)生的位置分，有表層裂紋 （或稱表面裂紋）和內(nèi)部裂紋；按裂紋發(fā)生在不同的 工序分，有鍛造裂紋、焊接裂紋、淬火裂紋、回火裂紋、冷處理裂紋、酸洗裂紋及磨削裂紋等。 零件在熱處理過程中以淬

10、火裂紋為最多。3 裂紋的分辨方法如何區(qū)分究竟是淬火裂紋、回火裂紋、鍛造裂紋還是磨削裂紋等是很重要的，這樣便于準(zhǔn)確 查找裂紋發(fā)生在哪一工序，有利于分析裂紋產(chǎn)生的原因。第一，注意淬火裂紋和磨削裂紋形態(tài)的不同。對于淬火時(shí)未發(fā)現(xiàn)而在磨削后才發(fā)現(xiàn)的裂紋， 要區(qū)別是淬火裂紋還是磨削裂紋。在裂紋未附著污染物時(shí)比較容易，此時(shí)注意裂紋的形態(tài)，特別 是裂紋發(fā)展的方向，磨削裂紋是垂直于磨削方向的，呈平行線形態(tài)，或呈龜甲狀裂紋。磨削裂紋 的深度根淺，而淬火裂紋一般都比較深比較大，與磨削方同無關(guān)，多呈直線刀割狀開裂。第二，注意裂紋發(fā)生的部位。尖銳的凹凸轉(zhuǎn)角處、孔的邊緣處、刻印處、打鋼印處及機(jī)械加 工造成的表面缺陷等部位，在這些部位發(fā)生的裂紋多屬淬火裂紋。第三，通過觀察零件的裂斷面來區(qū)分是淬火裂紋還是淬火前的鍛造裂紋或其他情況造成的裂 紋。若裂紋斷面呈白色或暗白色或淺紅色（水淬時(shí)造成的水銹），均可斷定為淬火裂紋，若裂紋斷面呈深褐色，甚至有氧皮出現(xiàn)，那就不是淬火裂紋，系淬火前就存在的裂紋，是零件經(jīng)過鍛造或 壓延