熱處理的“冤假錯案”熱處理人都有共鳴

一、設(shè)計不良造成的熱處理廢品機(jī)械設(shè)計師應(yīng)該懂一點(diǎn)熱處理，但現(xiàn)實中由于設(shè)計不良而導(dǎo)致刀具、模具、量具等熱處理開裂比比皆是。由于重冷輕熱傳統(tǒng)觀念的影響，只要在熱處理中開裂的，罪過總是熱處理的。

先以模具設(shè)計為例，設(shè)計不僅要結(jié)構(gòu)合理，還應(yīng)根據(jù)模具的服役條件和受力狀態(tài)選擇材料，制定合理的熱加工工藝，以達(dá)到希望的硬度值和力學(xué)性能。此外，還要對鋼材料的纖維取向、模具的幾何形狀變化、圓角曲率半徑的大小給予周全的考慮，有必要還要進(jìn)行相關(guān)的實踐驗證。當(dāng)前模具設(shè)計對熱處理的危害主要表現(xiàn)在：模具結(jié)構(gòu)不盡合理（截面尺寸不均、多處不是圓角過渡）；硬度要求不甚合理；選材錯誤，比如用40Cr制作的工模具，尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其臨界淬火直徑，油淬不硬，水淬易裂。

刀具設(shè)計也有不合理的地方，比如用M42之類的高性能高速鋼，動輒要求67~69HRC的高硬度，造成刀具早期脆斷，有的根本就不能使用。我們要以現(xiàn)實為鏡，不能盲目追求高硬度，超硬高速鋼也不能超硬度。根據(jù)我們多年的經(jīng)驗，M42之類的高性能高速鋼制刀具，根據(jù)不同產(chǎn)品，將硬度控制在66~67.5HRC較妥。二、原材料不良導(dǎo)致熱處理失誤材料是基礎(chǔ)，基礎(chǔ)不牢地動山搖。原材料不良主要體現(xiàn)在以下10個方面。

（1）網(wǎng)狀碳化物當(dāng)模具鋼存在嚴(yán)重的網(wǎng)狀碳化物時，使脆化增加，在沖切過程中易在應(yīng)力集中部位形成微裂紋，隨著沖切次數(shù)的增加，微裂紋擴(kuò)展，最終導(dǎo)致斷裂，如圖1所示。圖1T12鋼網(wǎng)狀碳化物（500×）（2）帶狀組織當(dāng)原材料存在帶狀組織時，淬火組織也呈帶狀。這種組織不均勻狀態(tài)會導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力增加，嚴(yán)重降低工具的使用壽命。此外，球化退火不良或其他原因遺留的網(wǎng)狀、帶狀碳化物，也是工具早期脆裂的原因之一。

（3）碳化物偏析高速鋼的碳化物偏析對刀具裂紋的形成傾向有很大的影響。研究表明，一旦碳化物偏析≥5級時，按正常的溫度淬火，形成裂紋的敏感度激增。這是因為鋼中的碳和合金元素較集中的區(qū)域在一定程度上降低鋼的熔點(diǎn)，即使在正常的淬火溫度下，也易出現(xiàn)過熱和過燒組織。

（4）疏松疏松是大規(guī)格材料常見的一種組織缺陷，它使鋼材料的強(qiáng)度下降，熱處理時易裂。

（5）表面裂紋原材料的表面裂紋，在淬火前必須徹底清除，否則淬火后會進(jìn)一步擴(kuò)大。

（6）碳化物液析鋼材在凝固過程中，由于碳和合金元素的偏析，冷卻時使偏析處——液體中析出大塊碳化物，在隨后的熱加工冷卻過程中不易被消除，它以大塊碳化物帶狀形式沿鋼的軋制方向存在于鋼材中，這種偏析稱為液析。液析使鋼的脆性增大，金屬基體被切割，淬火易裂。圖2為CrMn鋼碳化物液析照片。圖2CrMn鋼碳化物液析（500×）（7）脫碳脫碳不應(yīng)超過國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并且在淬火前要全部去除，如果有脫碳，由于相變的不一致性，易形成淬火開裂。

（8）夾雜物夾雜物是鋼中常見的一種現(xiàn)象，依其性質(zhì)可分為金屬夾雜物和非金屬夾雜物。夾雜物對鋼的質(zhì)量危害極大，對鋼的基體起破壞分割作用，降低鋼的塑性和強(qiáng)度，使鋼在鍛造、熱處理時易在夾雜處形成裂紋。圖3為鋼中非金屬夾雜物圖片。圖3非金屬夾雜物（200×）（9）成分配比不合理此問題在其他鋼中影響不明顯，很少人去研究，但在高速鋼中就敏感多了。比如當(dāng)M2鋼的C含量在下限（0.80%），而V含量在上限（2.2%）時，致使鋼的碳飽和度低于0.76，淬火回火后硬度達(dá)64HRC都難，刀具性能差、壽命短。

（10）熱處理工藝性能差近年來，常發(fā)現(xiàn)國內(nèi)某公司生產(chǎn)的W18鋼扁條，用1220~1270℃淬火，金相、硬度基本一致，沒有二次硬化效應(yīng)。淬火時碳化物溶不進(jìn)，回火時碳化物析不出，刀片質(zhì)量差，客戶反映不佳。三、鍛造導(dǎo)致的熱處理失誤鍛造與熱處理的關(guān)系非常密切，它對熱處理的傷害主要體現(xiàn)在以下三個方面。（1）鍛造裂紋有些單位在鍛造薄片車?yán)稐l時，極易產(chǎn)生縱向表面裂紋，在淬火前若不能徹底清除，必會在淬火后重現(xiàn)且擴(kuò)大。圖4為高速鋼滾刀鍛造裂紋。圖4鍛造裂紋（2）脫碳手工自由鍛或在反射爐中加熱的高合金鋼鍛件，脫碳是肯定的，但退火要保護(hù)好，且在加熱前應(yīng)該徹底清除掉。事實上，有些單位為了節(jié)約貴重的原材料，使加熱前留有0.1~0.15mm的脫碳層，給熱處理帶來難題。

（3）萘斷口我們曾發(fā)現(xiàn)φ200mm×3mm鍛件M2鋼制中齒鋸刀片銑刀，淬火金相檢驗時發(fā)現(xiàn)一邊有萘斷口，而對邊組織正常，萘斷口形貌如圖5所示。圖5萘斷口（500×）四、磨削裂紋滲碳鋼或高合金鋼件熱處理后一切正常，但在磨削表面出現(xiàn)垂直于磨削方向的龜裂，是典型的磨削裂紋，如圖6所示。只要回火充分，不過熱，熱處理無過失。圖6W18鋼麻花鉆磨削裂紋五、