論熱處理過程中出現(xiàn)的裂紋缺陷、成因及防止方法

向清然

[摘要]工具及小型零件在熱處理過程中所產(chǎn)生的裂紋，通常是由于熱處理的溫度、加熱方法和冷卻方式等不恰當引起的。常見的熱處理裂紋有淬火裂紋、回火裂紋和磨削裂紋，正確認識裂紋產(chǎn)生原因及防止辦法能提高工具及零件的熱處理效果。

[關(guān)鍵詞]熱處理裂紋裂紋種類裂紋原因防止辦法

引言：眾所周知，零件淬火時所需的必要條件為：鋼材所必須的淬火溫度和淬火時的冷卻速度。例如，當淬火的鋼材為碳素鋼時，鋼的淬火溫度約為800～850℃，在此溫度時應(yīng)快速冷卻，低于這個溫度就不可能獲得必須的淬火硬度，但是另一方面，又可能會有淬火裂紋的出現(xiàn)。為了既獲得淬火時的效果又不至于產(chǎn)生裂紋，就必須注意以下兩點：一是鋼在轉(zhuǎn)變點（Ar'）以上，應(yīng)以極快的冷卻速度進行冷卻；二是鋼在轉(zhuǎn)變點（Ar"）開始即所謂的“危險區(qū)域”范圍內(nèi)時應(yīng)緩慢冷卻。

熱處理零件在淬火過程中的裂損情況一般可歸納為三種，即淬火裂紋、回火裂紋和磨削裂紋。下面分別概述它們的形成原因及防止辦法。

一、淬火裂紋：淬火裂紋是在零件淬火過程中，所產(chǎn)生的開裂現(xiàn)象。

（一）淬火裂紋產(chǎn)生的原因：是由于鋼在硬化時的組織應(yīng)力即奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體時所產(chǎn)生的應(yīng)力超過鋼的抗張強度時發(fā)生的一種裂損現(xiàn)象。具體原因為：

1.鋼件在淬火冷卻過程中，鋼的內(nèi)部未經(jīng)淬透，當內(nèi)外溫差很大時，就中斷了冷卻從而產(chǎn)生裂紋；

2.零件表面有嚴重的缺陷，淬火時易產(chǎn)生裂紋；

3.淬火以后，未立即進行回火而是長時期的擱置也易產(chǎn)生裂紋；

4.由于第一次淬火不符合要求，重復(fù)淬火之前未進行退火處理易產(chǎn)生裂紋；

5.當淬火的零件幾乎完全冷透的瞬間易產(chǎn)生裂紋；

6.零件從淬火液中取出之后易產(chǎn)生裂紋；

（二）淬火裂紋發(fā)生的位置。

1.零件的形狀較為復(fù)雜，裂紋易發(fā)生在斷面厚薄不勻處；

2.鋼的內(nèi)部結(jié)構(gòu)組織發(fā)生偏析的部分；

3.零件有尖角、鉆孔或凹穴處。

（三）防止淬火裂紋的方法。

1.當零件淬火冷卻時，在冷透之前不中斷冷卻，尤其是在馬氏體開始轉(zhuǎn)變到轉(zhuǎn)變終了之間，應(yīng)緩慢冷卻；

2.采用熱浴淬火法和等溫淬火法；

3.應(yīng)把零件的尖角、孔眼或凹穴處用耐火粘士、金屬絲或石棉線等纏繞包好；

4.淬火后應(yīng)立即進行回火；

5.當零件需要進行二次或三次反復(fù)淬火時，中間必須有退火的工序。

二、回火裂紋：回火裂紋是已經(jīng)淬火硬化后的鋼在進行回火處理時所發(fā)生的開裂現(xiàn)象。碳素鋼不易產(chǎn)生回火裂紋，高速鋼易產(chǎn)生回火裂紋。

（一）回火裂紋產(chǎn)生的原因：

1.回火過程中加熱速度過快，易產(chǎn)生裂紋；

2.鋼的表面尚留有脫碳層，在回火過程中，鋼的中心部分殘留奧氏體已轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體而進行膨脹，但是脫碳部分因含碳量少不能發(fā)生轉(zhuǎn)變，結(jié)果由于內(nèi)部轉(zhuǎn)變發(fā)生膨脹使表面層承受過大的張力，以致產(chǎn)生龜裂即回火裂紋。

（二）防止回火裂紋的方法：

1.在回火加熱和冷卻時采用緩冷的方法；

2.如果零件的表面有脫碳層時，必須先去除脫碳層后才可進行回火。

三磨削裂紋：是由于用砂輪磨削時持續(xù)的時間過長，因而零件表面產(chǎn)生較高的溫度，如果磨削溫度達到200～300℃時，裂紋便在冷卻過程中自然顯現(xiàn)出來。

（一）磨削裂紋產(chǎn)生的原因：

1.主要原因是砂輪磨削表面時表層溫度達150～200℃，使鋼的表面組織發(fā)生“回火”即鋼的表面淬火馬氏體組織轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體組織，這種轉(zhuǎn)變使鋼的表面體積收縮，而鋼的內(nèi)部不發(fā)生組織轉(zhuǎn)變體積也不產(chǎn)生變化，這種表層收縮而內(nèi)部不收縮產(chǎn)生的局部龜裂紋就被稱為“第一次磨削裂紋”；

2.次要原因是砂輪磨削表面時表層溫度達300℃左右時，表層“回火馬氏體”組織轉(zhuǎn)變?yōu)橥惺象w組織，使表層產(chǎn)生收縮，而產(chǎn)生裂紋即“第二次磨削裂紋”。

（二）磨削裂紋防止辦法：

1.當零件要進行磨削加工之前，可預(yù)先以200℃左右的溫度進行回火以防止“第一次磨削裂紋”，或中間以300℃的溫度進行回火以防止“第二次磨削裂紋”。

2.對含碳量比較高的鋼，應(yīng)使碳化物進行球狀處理后再磨削加工。

總結(jié)：熱處理過程中裂紋產(chǎn)生的現(xiàn)象、原因及防止辦法就根據(jù)零件及工具的成分、用途、形狀等區(qū)別對待并正確運用，才能提高熱處理的最終效果。

（作者單位：湖南衡陽技師學(xué)院模具系）