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淬火裂紋與非淬火裂紋的鑒別
 
淬火裂紋與非淬火裂紋的鑒別

 

淬火裂紋是指在淬火過程中或在淬火后的室溫放置過程中產生的裂紋。后者又叫時效裂紋。造成淬火開裂的原因很多,在分析淬火裂紋時,應根據裂紋特征加以區分。

 
 一、淬火裂紋的特征
在淬火過程中,當淬火產生的巨大應力大于材料本身的強度并超過塑性變形極限時,便會導致裂紋產生。淬火裂紋往往是在馬氏體轉變開始進行后不久產生的,裂紋的分布則沒有一定的規律,但一般容易在工件的尖角、截面突變處形成。
 
在顯微鏡下觀察到的淬火開裂,可能是沿晶開裂
 
沿晶開裂
 
也可能是穿晶開裂;有的呈放射狀,也有的呈單獨線條狀或呈網狀。
 
穿晶開裂
 
因在馬氏體轉變區的冷卻過快而引起的淬火裂紋,往往是穿晶分布,而且裂紋較直,周圍沒有分枝的小裂紋。
 
因淬火加熱溫度過高而引起的淬火裂紋,都是沿晶分布,裂紋尾端尖細,并呈現過熱特征:結構鋼中可觀察到粗針狀馬氏體;工具鋼中可觀察到共晶或角狀碳化物。
 
 
 
沿晶裂紋
 
 
既有平直又有曲折部分。部分是穿晶,部分是沿晶裂紋
 
表面脫碳的高碳鋼工件,淬火后容易形成網狀裂紋。這是因為,表面脫碳層在淬火冷卻時的體積脹比未脫碳的心部小,表面材料受心部膨脹的作用而被拉裂呈網狀。
 
 
二、非淬火裂紋的特征
淬火后發生的裂紋,不一定都是淬火所造成的,可根據下面特征來區分:淬火后發現的裂紋,如果裂紋兩側有氧化脫碳現象,則可以肯定裂紋在淬火之前就已經存在。
 
淬火冷卻過程中,只有當馬氏體轉變量達到一定數量時,裂紋才有可能形成。與此相對應的溫度,大約在250℃以下。在這樣的低溫下,即使產生了裂紋,裂紋兩側也不會發生脫碳和出現明顯氧化。所以,有氧化脫碳現象的裂紋是非淬火裂紋。如果裂紋在淬火前已經存在,又不與表面相通,這樣的內部裂紋雖不會產生氧化脫碳,但裂紋的線條顯得柔軟,尾端圓禿,也容易與淬火裂紋的線條剛健有力,尾端尖細的特征區別開來。
 
三、磨削裂紋
 
金屬經熱處理淬火后或滲碳淬火零件,在磨削時與磨削方向基本垂直的表面常常出現的裂紋。
 
 
磨削裂紋的特征 :  磨削裂紋形狀特別,僅發生在磨削面上,與淬火裂紋在宏觀上觀察明顯不同,且磨削裂紋深度較淺。較輕的磨削裂紋垂直于或接近垂直于磨削方向呈平行分布,稱之為第Ⅰ類裂紋。較嚴重的裂紋呈龜甲狀,稱之為第Ⅱ類裂紋,習慣上叫做龜裂。其深度大致為0.03-0.20mm。用酸浸蝕后裂紋更加明顯易見
 
 四、實例探討
一:軸,40Cr,經鍛造、淬火后發現裂紋。裂紋兩側有氧化跡象,金相檢驗,裂紋兩側存在脫碳層,而且裂紋兩側的鐵素體呈較大的柱狀晶粒,其晶界與裂紋大致垂直。
 
結論:裂紋是在鍛造時形成的非淬火裂紋。
當工件在鍛造過程中形成裂紋時,淬火加熱即引起裂紋兩側氧化脫碳。隨著脫碳過程的進行,裂紋兩側的碳含量降低,鐵索體晶??忌?。當沿裂紋兩側生核的鐵素體晶粒長大到彼此接觸后,便向離裂紋兩側較遠的基體方向生長。由于裂紋兩側在脫碳過程中碳濃度的下降,也是由裂紋的開口部位向內部發展,因而為鐵素體晶粒的不斷長大提供了條件,故最終長大為晶界與裂紋相垂直的柱狀晶體。
 
二:半軸套座,40Cr,淬火后出現開裂。金相檢驗,裂紋兩側有全脫碳層,其中的鐵素體呈粗大柱狀晶粒,并與裂紋垂直。全脫碳層內側的組織為板條馬氏體加少量托氏體,這種組織是正常淬火組織。
結論:在加工過程中未經鍛造,因此屬原材料帶來的非淬火裂紋。
 
三:齒輪銑刀,高速鋼,淬火后在內孔壁上出現裂紋。金相檢驗,發現裂紋附近的碳化物呈不均勻的帶狀分布。
結論:這是由于組織不均勻所造成的淬火裂紋。
 
當鋼的顯微組織中存在碳化物聚集時,這些地方碳和合金元素的含量比較高,造成臨界溫度降低。因此,即使是在正常的溫度下進行淬火加熱,對于碳化物聚集處來講,加熱溫度已顯得過高了。其結果是這些地方出現過熱組織,降低了鋼的強度,淬火冷卻時,在應力作用下產生開裂。
 
高速鋼的碳化物不均勻性是這種鋼的重要質量指標之一。為減少或預防這類缺陷發生,冶金廠和使用廠都在不斷采取措施,如使用廠用改鍛工藝來均勻組織。當碳化物不均勻性的改善程度受到限制時,可在保證硬度的前提下采用較低淬火加熱溫度來避免過熱組織產生。
 
四:W18Cr4V鋼制模具,高溫鹽浴中加熱后油冷,發現開裂。從裂紋特征上看是冷卻過快所致。因工件截面較大,冷卻時內外溫差也大,當表面轉變為馬氏體時,內部仍處于奧氏體狀態,以后的冷卻過程中才逐步轉變為馬氏體,致使表層受內部體積脹大的作用承受很大的拉應力而開裂。因此,可以判斷為淬火裂紋。

 

 
 
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