鋼制零件形成淬火裂紋的原因分析
 

鋼制零件在生產過程中產生廢品或在使用期間的失效，原因是多方面的，但淬火裂紋的出現卻是一個重要原因。

由于零件在淬火過程中，表面和心部的冷卻速度不一樣，因此形成馬氏體的先后也不一樣。當零件表面先形成馬氏體時，便給尚處于奧氏體狀態的心部以拉力，這時，由于奧氏體的塑性很好，此應力可以通過奧氏體的塑性變形而被松馳。但是，當這部分奧氏體冷卻下來向馬氏體轉變時，由于先期形成的馬氏體硬度高，脆性大，塑性極小，故后形成的馬氏體部分對它產生的拉應力迅速增大。一旦超過材料的強度極限，就會引起開裂。另外，即使這種拉應力沒有超過材料的強度極限，但由于材料內部的缺陷而造成強度降低，也會引起開裂。這就是引起淬火開裂的物理機理，在實際生產過程中，又具體以8種形式表現出來。

1 原材料已有缺陷而導致的淬裂

如果原材料表面和內部有裂紋，在熱處理之前未發現，有可能形成淬火裂紋。在金相顯微鏡下觀察，該裂紋兩側有脫碳層，且脫碳層中鐵素體的晶粒粗大。

2 夾雜物導致的淬裂

如果零件內夾雜物嚴重，容易造成應力集中，淬火時將有可能產生裂紋。

3 因原始組織不良而導致的淬裂

（1）若鋼的顯微組織具有嚴重的帶狀偏析或化學成分嚴重偏析，在淬火時會引起極大的組織轉變應力。再者，碳化物聚集處易發生過燒現象，因而使零件容易發生開裂。

（2）如果鋼在淬火前殘余內應力較大，在淬火時容易造成開裂，出現該情況的零件，往往存在晶粒粗大，有魏氏組織等現象。

（3）零件經一次淬火后若需返修，在第二次淬火前又未經消除組織應力，則有可能在第二次淬火中產生裂紋，其裂紋往往沿著第一次的淬硬層分布。

4 淬火溫度不當而造成的兩種淬裂

（1）儀表的指示溫度低于爐子實際溫度，使實際淬火溫度偏高，造成過熱淬火，導致零件發生開裂。凡過熱淬火開裂的顯微組織，均存在著晶粒粗大和粗大馬氏體，產生的裂紋主要以沿晶的形式存在。

（2）鋼件實際含碳量高于鋼材牌號所規定的含量，若按原牌號作正常工藝淬火時，等于提高了鋼的淬火溫度，故容易造成零件過熱和晶粒長大，使淬火時應力增大而可能引起淬裂。

5 淬火時冷卻不當而造成的淬裂

淬火時由于冷卻不當，也會使零件發生淬裂事故。例如45號鋼在淬火時有形成淬火裂紋的傾向。尤其當碳含量處于上限以及零件直徑在7～8MM時易發生開裂。故淬火時選擇合適的冷卻介質極其重要。另外，一些零件的結構較復雜，截面尺寸變化又較大，如果冷卻劑選擇不當，壁薄部位容易造成應力集中而導致淬裂。

6 機械加工缺陷導致的淬裂

由于機械加工不良，在零件表面留下了深而粗的刀痕，在淬火冷卻時，造成該處應力集中而導致裂紋。

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渡區厚薄相差較大，在淬火時均易因應力集中而產生裂紋，另外，若零件的鍛造流線分布不良，亦可能在淬火時造成淬裂缺陷。

8 不及時回火導致的開裂

淬火后如不能及時回火，以致組織應力未能及時消除，將可能因淬火殘余應力過大而導致裂紋的產生。特別是對于尺寸較大的工件，淬火后雖然表面已冷到室溫，但心部尚未冷透，心部奧氏體組織仍在向馬氏體轉變，應力在不斷增加，也就是說，淬火過程還在零件內部繼續進行，以致在室溫放置一段時間后，零件才發生開裂。