關鍵詞：淬火 發布時間：2018-03-13
淬火裂紋是鋼鐵件在淬火冷卻時，熱應力和組織應力疊加后超過零件在該溫度下的抗斷裂強度時產生的裂紋。淬火裂紋形成的原因如下：
1原材料存在缺陷導致淬火時形成裂紋
化學成分偏析，特別是碳元素偏析或合金元素偏析，使同一零件在不同部位含碳量不一致。淬火時低碳部位的Ms點高，會先轉變成馬氏體，而高碳部位的Ms點低，會后轉變成馬氏涔。由于馬氏體轉變的不同時性，會產生較大的組織應力差，又由于高碳馬氏體和低碳馬氏體的比體積不一致，進而增加了內應力，致使淬火開裂。高碳鋼和高合金鋼的含碳量偏析又多體現在碳化物偏析上。由于較多的二次碳化物和共晶碳化物偏析，使在進行壓力加工時，不能徹底擊碎，或呈網狀分布，或呈帶狀分布，使鋼產生很大脆性。淬火時，在零件內部引起不均勻內應力，引起淬火裂紋。這些裂紋多集中在碳化物偏析的地方。
鋼中合金元素出現偏析時，元素多的部位導熱性低，增大相變不同時性，使同一零件的淬透性不一致，使熱處理應力大大增加，使淬火開裂的可能性增加。對于內燃機排氣閥用4Cr9Si2, 4Cr14Ni14W2Mo，SCr21Mn9Ni4N高合金鋼制造，在壓力加工時，由于線桿向伐碟過渡區變形小，這部分的碳化物難以擊碎，往往會形成碳化物偏析或網狀碳化物，故該處在固溶淬火時，常常會形成淬火裂紋。
鋼的純潔度不高，非金屬夾雜物多、實質上已將鋼的基體割裂，已形成缺口效應，促使淬火裂紋的形成。對于大件的心部，由于原先的冶煉、鍛造工藝正確，則產生白點。實質上白點就是細小裂紋，淬火時白點成了裂紋源。在大件中形成延遲開裂并發出巨響，大鍛模塊中也有此種現象發生。通常認為形成白點的原因是由于工件心部含氫量過高而不能及時排出所致。
如果原材料中已存在小裂紋、縮孔、氣孔疏松、砂眼等缺陷，那么這些缺陷是淬火裂紋的直接根源。
2原始組織的影響
在結構鋼中，鑄造狀態、鍛造狀態、焊接狀態、熱軋狀態、冷軋狀態的工件進行預備熱處理或預備熱處理不當時，由于存在粗大的奧氏體晶粒或嚴重的魏氏組織在淬火時被遺留，使得淬火馬氏體針粗大，脆性增加，若粗大組織分布不均勻，使內應力增大，這些都會導致淬火裂紋的產生。
原始組織為片狀珠光體與球狀珠光體相比。片狀珠光體在加熱溫度偏高時易引起奧氏體晶粒粗大、易過熱，即易形成淬火裂紋。這是由于片狀珠光體的相界面較大、滲碳體較薄、易于溶解，加熱時奧氏體容易形成。所以在相同的加熱溫度和保溫時間條件下，原始組織為片狀珠光體的零件易過熱并變形成淬火裂紋。
重復淬火時，原始組織的馬氏體在重新加熱淬火形成奧氏體時，存在不阻礙奧氏體晶粒最大化的碳化物，會形成粗大奧氏體，淬火時會形成裂紋。故在重復淬火時，一定要經過中間退火或正火。
3零件形狀尺寸的影響
零件的尖角、棱角、孔洞、凹槽等幾何形狀因素使工件各處冷速不一，組織轉變不同時，局部冷速急劇，增大了淬火殘留應力，從而增大了開裂的可能性。零件截面尺寸不均勻性增加，淬裂傾向也大，零件較薄部位淬火時馬氏體先轉變。較厚部位馬氏體發生轉變時，體積膨脹，使較薄部位承受斷裂應力，在厚薄交界處產生應力集中，常在此形成淬火裂紋。
截面尺寸很小的工件，里外同時淬硬時不易淬裂。截面尺寸特大的零件，心部淬不透，表層也得不到全部馬氏體或有貝氏體或索氏體時，內應力主要是熱應力而不是組織應力，一般不易出現淬火裂紋。45鋼淬裂的危險直徑在Φ4~Φ7mm左右。
4加熱和冷卻因素的影響
凡是增加淬火斷裂應力的因素都會促使淬火裂紋的形成。淬火溫度越高，奧氏體的晶粒越粗大，使鋼的抗力降低，而冷卻時產生應力就大，所以，過熱必將容易引起淬火裂紋。若淬火溫度過低，淬火后組織中有薄的網狀鐵素體時，盡管鐵素體組織有較高的塑性，但因強度較低會沿鐵素體網形成脆性斷裂。同樣淬火后鐵素體越多，不均勻組織的抗力越低，淬火軟點越會形成裂紋。對一般零件，通過提高淬火加熱溫度來增加殘留奧氏體量進而達到降低淬裂傾向的辦法是不顯著的。因為淬火溫度高時，奧氏體過飽和度增加，淬火后馬氏體含碳量增高，晶格畸變應力增大，會促使開裂。
加熱速度也是一個重要因素。對于大件，導熱系數小的高合金鋼和鑄鐵，都必須預熱一次或二次，也可階梯升溫到淬火溫度。否則升溫太快，會增大應力。保溫時間不充分，未完全奧氏體化，這些都會形成淬火裂紋。
鋼件冷卻到Ms點以下發生相變時，若冷卻速度不一致會形成熱應力，相變不同時，會產生組織應力，相變結果是奧氏體轉變成具有高硬度、低塑性的馬氏體。在該溫度區間內的冷卻過程，最易引起淬火裂紋。
在馬氏體轉變區內緩冷，可以獲得含碳濃度較低的馬氏體，降低馬氏體組織應力，同時還可降低鋼件表面和中心的溫度差，即降低鋼的淬火應力。在馬氏體相變區內緩冷，能夠提高冷卻后鋼的強度和破斷抗力。
5心部硬度對淬火裂紋的影響
T10鋼和低合金工具鋼制試樣，淬火后的中心硬度在36~45HRC時，內部形成弧形裂紋。當中心硬度高于46HRC或低于35HRC時，不形成裂紋。當中心硬度和表面硬度接近時，易形成縱向裂紋。試樣中心硬度高于46HRC時不開裂的原因是由于高碳鋼淬火后得到馬氏體和殘留奧氏體，心部淬不透也會形成托氏體，盡管組織比體積不同，但組織的相對數量不等，故一般試樣表面和心部斷裂應力極小，所以不形成裂紋。當心部硬度低于35HRC時，組織塑性較好，淬火時試樣心部產生斷裂應力，由于心部較軟會發生塑性變形而降低了斷裂應力，故不發內部弧形裂紋。
