公司新闻News
公司新闻
位置位置: 首页 >公司新闻 >公司新闻 >

為什麽工件會有淬火裂紋

作者:AM8亚美来源:[AM8亚美公司]访问:361时间:2019-11-22

  1 淬火裂紋
  
  中國鋼管信息港昨日記者獲悉:淬火工藝首要用於鋼件,是將鋼加熱到臨界溫度Ac3(亞共析鋼)或Ac1(過共析鋼)以上溫度,保溫一段時間,使之全部或部分奧氏體化,然後以大於臨界冷卻速度的冷速快冷到Ms(馬氏體改變起始溫度)以下(或Ms四周等溫)進行馬氏體(或貝氏體)改變的熱處理工藝。
  
  淬火裂紋是指在淬火過程中或在淬火後的室溫放置過程中產生的裂紋,後者又叫時效裂紋。裂紋的分布沒有一定的規律,但一般輕易在工件的尖角、截麵突變處形成。造成淬火開裂的根本啟事是拉應力超過材料的斷裂強度 ,或者雖未超過材料的斷裂強度,但材料由於存在內部缺陷也會發生開裂。造成淬火開裂的具體啟事很多,分析時應根據裂紋特征加以區分。
  
  2 淬火裂紋的成因
  
  馬氏體的本質脆性是淬火裂紋的內因,而馬氏體的晶體結構、化學成分、冶金缺陷等是馬氏體本質脆性的影響身分;各種工藝條件、零件尺寸外形等引發的宏觀內應力的大小、方向、分布狀況等是淬火裂紋的外因。下麵將從微觀到宏觀,從內部到外部對鋼件的淬火裂紋進行分析。
  
  2.1 馬氏體本質脆性—鋼件淬火裂紋的內因
  
  盡人皆知,中高碳鋼淬火後,其韌性低,脆性大,易產生顯微裂紋和宏觀開裂。這首要是由馬氏體的本質脆性決定的。而馬氏體的本質脆性又決定於材料的冶金質量、含碳量和合金元素、原始組織狀況、馬氏體的組織結構、顯微應力及顯微裂紋等 。
  
  淬火裂紋的宏觀形態圖
  
  2.1.1 材料冶金質量
  
  中國鋼管信息港昨日記者獲悉:縮孔和嚴重的軋製缺陷造成材料明顯的不均勻性,這時候材料是不宜進行熱處理的。而不少材料的冶金缺陷均可能單獨與宏觀或微觀的內應力發生感化,促發淬火裂紋。這些冶金質量題目包括:宏觀偏析、固溶體偏析、固溶氫、鍛軋缺陷 、夾渣、鐵素體珠光體帶狀組織及碳化物帶狀組織等 。
  
  沿夾雜物擴展的淬火裂紋
  
  2.1.2 材料含碳量和合金元素
  
  含碳量增加將降低馬氏體的斷裂強度。根據脆性固體理論斷裂強度:
  
  ,其中E、d值與含碳量相關,含碳量進步,馬氏體中鐵原子間結協力降低 ,彈形模量也降低,鋼的斷裂強度也隨之降低。碳量增加,d值增加,使斷裂強度降低。
  
  而合金元素對淬火裂紋的影響不一,例如Mn、Cr、V、Mo等元素與C一樣,隨其含量的增加而淬裂傾向變大。然而,B元素較為特殊,B能有效地進步淬透性。稀土元素對淬裂的影響研究甚少,說法不一。適量的稀土元素可減少位錯移動所需要的摩擦力,因此有降低脆性破斷傾向的感化。稀土元素富集於晶界,可淨化和強化晶界,使P等雜質難以再偏集於晶界,可能起到減輕沿晶斷裂的感化。
  
  2.1.3 原始組織狀況
  
  除了鋼中的化學成分以外,淬火前的原始組織結構對洋裂的影響也很大。例如,片狀珠光體;馬氏體和貝氏體等非平衡組織;不均勻、網狀碳化物;非金屬夾雜物;鑄造過熱組織及流線等均可能導致或促發淬火開裂。
  
  不同形態珠光體組織對淬裂的影響
  
  1-細片狀珠光體;2-點狀珠光體;3-細粒狀珠光休;4-粗粒狀珠光體
  
  2.1.4 馬氏體中的顯微裂紋
  
  中國鋼管信息港昨日記者獲悉:馬氏體形成時輕易產生顯微裂紋,這是指在中高碳鋼中,而低碳鋼的馬氏體組織中難以形成顯微裂紋。這是由於低碳馬氏體為平行的板條,相互碰撞的機會少,且本身的塑性高,可以通過變形而使應力鬆弛,不易產生顯微裂紋。而高碳馬氏體內由於馬氏體片相互碰撞,片狀馬氏體又不能作相應的形變來消除應力,造成碰遇處得應力場,當應力足夠大時就形成顯微裂紋。這類先天的缺陷使高碳馬氏體進一步增加了脆性,在其它應力的感化下,顯微裂紋可能發展為宏觀開裂。
  
  2.2 淬火宏觀內應力—鋼件淬火裂紋的外因
  
  2.2.1 零件尺寸和外形
  
  若材料的化學成分、冶金質量和原始組織都相同,但零件的尺寸、外形不同,那麽在相同的熱處理條件下,仍表現出不同的淬裂傾向。對普通鋼而言,過細或過粗的工件一般不會淬裂,大和久重雄以為,水中淬火時,臨界直徑正是淬裂的危險尺寸。臨界直徑是工件在一定的淬火介質中冷卻時,心部恰好能夠得到50%馬氏體那樣大小的直徑。
  
  臨界直徑DⅠ、含碳量與淬裂的關係
  
  淬火開裂與工件的外形有密切的關係 ,鋼件外形影響淬火應力的大小和分布。工件上的缺口、尖角、溝槽 、孔***及斷麵急劇變化的部位都是淬火內應力集中處,是斷裂的危險部位。
  
  2.2.2 加熱不當
  
  工件在熱處理時的加熱溫度、保溫時間和加熱設備(爐內氣氛)等均能成為淬火裂紋的誘因。
  
  淬火加熱溫度愈高,淬裂傾向愈大。淬火溫度升高,加熱保溫時間延長,使奧氏體晶粒長大,則淬火馬氏體粗化、脆化,斷裂強度降低,這是淬裂傾向增大的根本啟事。不輕易發生淬裂的加熱爐是真空爐,其次按電爐、鹽浴爐、火焰爐的順序排列易於產生淬火裂紋。重油爐、燃煤爐等火焰爐是最輕易發生淬裂的爐型。
  
  產生淬火裂紋試樣數目與淬火溫度間的關係
  
  (a)T10鋼水淬;
  
  (b)9CrSi鋼水淬和油淬
  
  2.2.3 淬火冷卻的影響
  
  在淬火冷卻時,在兩個溫度範圍內必須重視控製冷卻速度 。其中一個區域是為了完全淬火硬化而需要快冷的臨界區域,為了使零件淬硬,在臨界區該當急冷。另一個區域是輕易產生淬火裂紋的低溫區,在MS點溫度以下 ,在這個溫度區間發生奧氏體向馬氏體的改變,體積膨脹,產生第二類畸變、第二類應力及宏觀熱處理應力,可能導致淬火裂紋,是以稱危險區。在危險區該當盡量慢冷,以緩和淬火內應力。
  
  淬火臨界區和危險區示意圖
  
  2.2.4 淬火後加工處理
  
  中國鋼管信息港昨日記者獲悉:零部件淬火後多進行加工處理。按加工處理的性質可分為熱加工、機械加工和化學加工三類,和它們的綜合利用 。淬後加工處理導致形成裂紋的過程是一個淬火宏觀、微觀內應力和顯微裂紋與淬後加工過程中出現的負荷應力或內應力之間發生相互感化的過程。
  
  零件淬火後的加工處理圖解
  
  3 防止淬火開裂的措施
  
  鋼件淬火開裂與馬氏體的組織結構、淬火內應力、工件的尺寸外形及生產條件等身分有關,明確了這些影響身分為防止淬火開裂采取相應的措施提供了可能 。本節首要從鋼材的選擇、淬火零部件的設計,公道擬定熱處理技術條件、選擇淬火介質、選定淬火冷卻方法等方麵論述在生產實踐中具有一定效果的防止鋼件淬火開裂的方法 。
  
  3.1 鋼材的選擇
  
  鋼材不同,淬火裂紋發生的幾率也不同。一般說,鋼材含碳量越高或Cr、Mo含量越高,越輕易發生淬裂。下圖表示水淬時淬裂傾向與鋼的化學成分的關係。圖中所示指數的負值越高,即為淬裂傾向越大。由於各種鋼材的淬裂傾向不同,在設計零件時應根據性能要求,根據淬透性和脆硬性 ,從工藝和經濟等角度綜合分析和選擇鋼材。
  
  化學成分與淬裂的關係(水淬)
  
  3.2 淬火零部件的設計
  
  機械零件的設計往往首要考慮材料的力學性能而忽略熱處理工藝性能。有些零件從材料強度上看可能很公道 ,但從熱處理工藝角度分析,其外形尺寸可能是不適當的。為了防止零件在淬火急冷中開裂,應想法使其均熱均冷,均縮均脹。為此,在零件設計中要重視兩點:(1)斷麵要均勻;(2)沒有缺口效應。良好的設計要求截麵厚度均勻、外形對稱、平滑過渡和加開工藝孔。對於外形複雜、尺寸較大(大於400 mm)的大型凹模及薄而長的凸模,應采用分離鑲拚結構 ,變繁為簡,化大為小,變模具內表麵為外表麵,既便於冷熱加工,又可以有效降低淬裂傾向,進步產品合格率。
  
  不均勻截麵工件設計的改進
  
  (a)組合設計和加工藝孔;
  
  (b)設計通孔;
  
  (c)設計均勻截麵
  
  3.3 公道擬定熱處理技術條件
  
  設計者應根據零部件的工作條件和性能要求,公道地擬定熱處理技術條件。隻要能滿足工作要求,應盡量減少淬火硬化的程度和部位,不必盲目尋求高硬度和整體淬火,而以局部硬化、表麵硬化代替整體硬化,從而減少淬火裂紋 。
  
  3.4 選擇淬火介質
  
  淬火介質有固體、液體和氣體3種狀況的多種物質。選擇淬火介質要考慮如下身分:(1)淬火介質的冷卻能力;(2)對畸變開裂的影響;(3)經濟性、耐久性;(4)安全可靠性等。
  
  中國鋼管信息港昨日記者獲悉:理想淬火介質的冷卻曲線下圖所示。該介質在過冷奧氏體分解最快的溫度下,具有最強的冷卻能力,而在接近馬氏體點(MS)時冷卻能力又變得較為緩和,如許就保證了硬化要求,並減小了淬火應力,防止淬火畸變開裂 。各種鋼材的過冷奧氏體的穩定性不同,實際工件的尺寸不同,應選擇不同的淬火介質。盡管目前的淬火介質種類繁多,然而能同時適應各種鋼材和不同尺寸工件的淬火劑是不存在的,隻能根據具體情況盡量公道地選用,並與各種淬火冷卻方式相配合。
  
  C-曲線和理想冷卻強度
  
  3.5 選擇合適的淬火冷卻方法
  
  一般說,淬火裂紋產生在淬火硬化部分。為了實現淬火硬化,必須從奧氏體化溫度以大於臨界冷卻速度進行急冷。熱應力和相變應力之和是正值(拉應力)還是負值(壓應力),決定了淬火裂紋是否發生。為正值易裂,為負值則不易裂。為了防止淬裂,應充分有效地利用熱應力,減少相變應力。
  
  冷卻速度與淬裂的關係
  
  (1)預冷淬火:把工件自奧氏體化溫度取出,先行在空氣中預冷一段時間,使各部分溫差減小,或在技術條件許可的情況下,令其最薄的截麵處或棱角處產生部分非馬氏體組織,然後再進行全部淬火。
  
  (2)雙液淬火:雙液淬火從單純防止淬火裂紋的觀點出發,關鍵是第二級淬火介質的緩冷感化。先強冷後弱冷,如水-油、水-空、油-空氣等。
  
  (3)分級淬火:分級淬火是將工件從淬火溫度直接快速冷卻到MS點以上某一溫度 ,經適當時間保溫後空冷。如截麵大 、易變形開裂的高碳鋼,應采用兩到三次的分級淬火。
  
  (4)等溫淬火:將工件由淬火溫度以大於臨界淬火速度的冷速冷到MS點稍上某一溫度,保溫較長時間,使過冷奧氏體發生貝氏體改變。一般用油淬。
  
  除此以外,還有薄殼淬火、間隙淬火、局部淬火、調節水溫等方法 。
  
  另外在淬火前各工序的公道性 、加熱參數的確定、精確搬運和回火等方麵也具有一定效果的防止鋼件淬火開裂的方法。
  
  4 小結
  
  引發零件淬火開裂與畸變的啟事很多,一旦產生上述缺陷,該當從以下幾個方麵進行分析。
  
  (1)零件的選材及結構設計是否公道。
  
  (2)有沒有原材料或毛坯缺陷。
  
  (3)檢驗其熱處理工藝過程。
  
  

Copyright @ 2018-2020 河北AM8亚美钢管制造有限公司 版权所有冀 ICP备08104879号

 
QQ在线咨询
客服热线
023-42830522