关于防止钢在淬火时产生裂纹的方法的讨论

吉祥如意

要改善钢的质量，几乎都要经过淬火和回火处理。大家知道，淬火操作会使钢中产生相当大的内应力。这些内应力有时会超过钢的强度，而使钢件形成淬火裂纹。
本主题是讨论淬火时形成裂纹的原因和寻求减少发生裂纹的淬火方法。

aaron01

淬火冷却过程中在MS点以上的冷却是受热应力影响，因为此时没有马氏体相变，没有相变应力。此时热应力越大，变形越大，但由于此时材料是在奥氏体状态，塑性较好，一般不会出现开裂现象，但对变形影响非常大。
开裂主要发生在零件冷到MS点以下温度时，内因是马氏体塑性差，外因是此时的内应力总和。
如果零件截面较大，淬透性又很好，能够使零件内部也发生马氏体相变，冷却一段时间后，表面已经完成马氏体转变，而心部刚刚开始转变，由于马氏体转变有体积膨胀倾向，随着转变量增加，心部对表面施加的应力越来越大，将表面脆性的马氏体层胀开形成裂纹源，继而扩展造成断裂。心部和表面的马氏体转变不同步往往是开裂产生的主要原因。
因此，在MS点以下时，冷速极快情况下，表面和心部马氏体转变几乎同步，一起胀大，不容易开裂，而冷速较慢时，心部马氏体转变量较低，组织应力也不大。偏偏是介于两者之间的冷速容易引起开裂。
因此，淬透性越好的零件，截面厚度又在一个危险尺寸，特别容易出现淬火开裂，其淬火后的残余应力状态是表面拉应力，心部压应力状态。
我们在实际生产中的解决方法通常是，水淬油冷，或者水淬空冷，或者不冷透而直接回火，目的都是不让或减缓心部继续发生马氏体转变，降低开裂风险。

个人意见，丢个砖头。

wqjtyx2012

原因：温度过高，抗拉强度降低  冷却速度不均匀
一般方法 1 预热 2 尽可能降低淬火温度
3 尽量使冷却速度相同

吉祥如意

钢件淬火时形成裂纹的原因
加热变成奥氏体的钢，在快速冷却时，可划分为二个温度区域：1.是由加热温度到奥氏体要开始转变成马氏体的温度；2.是由奥氏体开始转变为马氏体的温度到冷却剂的温度。
在第一个温度区域内，仅只是奥氏体的冷却。而在第二个区域内，是奥氏体的冷却和变为马氏体。
在第一个温度区域内，由于金属内外层的冷却不匀要产生热应力。此时，外层的冷却速度较快，形成了张应力，而内层则形成了压应力。
然而，由于奥氏体有极大的可塑性，这种热应力几乎全部由奥氏体晶粒内产生的滑移而消失。这样，便消灭了产生裂纹的可能性。这个很显著的现象可以由奥氏体钢的热处理中观察到，奥氏体钢由高温淬入冷却水中，是不出现裂纹的。
因此，在第一个温度区域中是不会形成裂纹的，抽以钢件在这个温度范围内可以用任意的速度冷却。
在第二个温度区域中，是奥氏体进一步冷却转变为马氏体（是一种硬而脆的组织）；同时体积增加到1.5%。由于在零件断面上不能同时进行体积变化，故冷却时常常在钢件表面引起残余张应力，在内层引起压应力。但当奥氏体还有足够数量（大于50%）的时候，这些应力就可由奥氏体的塑性变形而消失，仅当形成的马氏体的数量超过50%后，才有引起裂纹的危险。
奥氏体转变到这种程度的温度要比Ms点低得多。如在含碳0.8%的钢中，马氏体转变的开始温度是240度，而奥氏体转变了50%为马氏体时的温度接近180度。
因此，由大约50%的马氏体形成后的温度起，冷却速度便应该缓慢，因为此时在被冷却的零件的内层进行奥氏体到马氏体的转变的瞬间有最大的危险。

吉祥如意

然而，不仅由于钢中各层冷却速度不同，而使零件断面上不能同时进行奥氏体到马氏体组织的转变所引起的应力可能形成裂纹，也可以由别的原因，例如：冶炼中的缺陷（如缩孔、发裂、偏析、带状、夹杂物等）、零件的外形尺寸（如断面有剧烈变化的地方，尖锐的切口、尖角、边缘等）和工艺过程中的缺陷。
工艺过程中的缺陷主要是：
在不氧化或轻微氧化的气氛中加热的零件，由于几乎完全避免了氧化，在冷却时便冷得更快些，这会引起淬火裂纹，而表面脱碳的零件在同样淬火的情况下可不发生裂纹（这种情况应该属于有条件的）。
淬火过程中加热时发生了的过热，过分快件的冷却（特别是断面有剧烈变化的零件），冷却剂（水、水溶液）的温度太低，加热冷却过程，零件只局部冷却，淬火后的钢未立即回火，淬火后的钢在高温回火时进行的加热速度太快，对已知化学成分的钢进行了不不相合的淬火方法。
为减轻应力，减少变形和引起裂纹的危险，可采用各种淬火方法（待续）。

搬运工

高碳成分的材料由于表面脱碳，淬火时易导致表面脱碳层处于大的拉应力状态，这会增加开裂倾向。

dqy

等温淬火工艺可减少热处理裂纹，Ms 点附近冷速慢，拉应力变小。
表面不脱碳，可避免表面裂纹和减少磨削裂纹

吉祥如意

淬火方法介绍：
一、经过预冷的淬火（预冷指加热到淬火温度后并不立即在冷却介质中淬火，而是让它慢冷到较低温度-相变点以上。然后再投入冷却剂中淬火。
对加热和冷却时的临界点的位置因热滞有巨大差别的钢，可采用此法。如高合金钢有巨大的热滞现象，而这种钢一般也是油中淬火的。所以，也因由于预冷，合金钢比碳钢产生较少的应力，这就是说，合金钢在淬火时引起裂纹的危险较碳为小。
碳钢可以预冷的温度较少，而这种方法也还不能得出令人满意的结果。

pjh24123

aaron01 发表于 2013-4-30 11:42

                               
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淬火冷却过程中在MS点以上的冷却是受热应力影响，因为此时没有马氏体相变，没有相变应力。此时热应力越大， ...

既然有水淬空冷。为什么水淬油冷的时候要求，水冷以后要快速入油？

pjh24123

吉祥如意 发表于 2013-5-1 16:13

                               
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淬火方法介绍：
一、经过预冷的淬火（预冷指加热到淬火温度后并不立即在冷却介质中淬火，而是让它慢冷到较 ...

预冷能不能在炉内预冷？相当于降温淬火，省的把握不准预冷到什么程度

aaron01

pjh24123 发表于 2013-5-3 18:16

                               
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既然有水淬空冷。为什么水淬油冷的时候要求，水冷以后要快速入油？

如果说水淬油冷一定要快速入油，我看未必，没有定式的。
不同的材料淬透性，不同壁厚的零件，在某个冷却例子里用的方法绝对不是万试万灵的唯一方案，在这个例子里适合，换个材料，换个厚零件可能就不一样了。

吉祥如意

pjh24123 发表于 2013-5-3 18:19

                               
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预冷能不能在炉内预冷？相当于降温淬火，省的把握不准预冷到什么程度

生产效率会不会很低？

吉祥如意

二、水冷一段后再油冷的淬火：用这个方法使在奥氏体变马氏体过程中（第二个温度区域）中的冷却速度较小一点，这样引起危险的应力的可能性便较小些。
三、自身回火的淬火：这个方法比普通的淬火方法（冷却到靠近室内温度，然后跟站回火），具有这些优点：首先，只淬成一层马氏体，想必那时零件中大部分还来不及全部冷却到低的温度（冷却剂的温度）。其次，回火过程是在淬火后立刻实现的，这可减少形成裂纹的可能性。对外形复杂的零件建议用这种方法，然而这样处理后所得到的结果常不如淬火再回火的来得均匀，这是因为精确地测定零件在冷却剂中停留的时间较难，同时进行自身回火的时间较短所致。

吉祥如意

四、在热的介质中淬火（等温淬火）：在热的介质中淬火时，奥氏体转变为马氏体是在较低的冷却速度中进行的，因之引起的应力较少，形成裂纹的危险性也较少。除此以外，当冷却介质的温度愈高，则在钢在会有更多量的残留奥氏体。这样一来，奥氏体转变为马氏体只在钢中较少的部分完成了。这也减低了应力。冷却剂的温度愈低，引起裂纹的危险便愈大。实验证明：共析钢在160度的温度中淬火形成了淬火裂纹，可是在220度的淬火中没有形成淬火裂纹。
等温淬火的本质，就是把钢以适当的冷却速度冷却到低的温度以后，不再施以任何热处理。
钢轨的索氏体化处理就是这种方法的实例。其法是用含有分散的水滴的气流把钢轨冷却到500度。然后钢轨的顶面会被其内层的热加热到600度，最后是把它在空气中冷却到室温。
五、局部淬火：采用这个办法可以把零件上最容易引起裂纹危险的地方冷得慢一点。可以采用涂料的方法。要使螺纹避免剧烈的冷却，可以用特别的金属塞栓（螺帽）把它们和零件一起加热，然后一起淬火。但是，这并不是万能的，因为它们不能保证钢制零件完全不产生裂纹。

随风飘飘

一般加热淬火时，避免极冷极热；
淬火也采用超速冷却淬火。

水火相容

aaron01 发表于 2013-4-30 11:42
淬火冷却过程中在MS点以上的冷却是受热应力影响，因为此时没有马氏体相变，没有相变应力。此时热应力越大， ...

描述得很详细，学习了，谢谢。

所以因为

高速钢有采用油淬火的，但采用分级淬火基本没有开裂现象。

wangtao

分析的很全面，有长知识了！{:soso_e130:}