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熱處理的斷裂及預防(一)

來源:新鄉市天馬工業爐有限公司 發布時間:2020-01-07 09:47 瀏覽次數:次

1  簡介 

 

熱處理裂紋的分類:非淬火裂紋——表面龜裂、表面邊緣T型裂紋;淬火裂紋——縱裂(組織應力型)、弧裂(局部拉應力型)、大型工件淬火裂紋(縱斷、橫斷)、邊廓表面裂紋(局部拉應力型)、脫裂、第二類應力裂紋。

 

2  縱裂 

 

⑴縱裂的宏觀形態 

 

沿細長零件表面啟裂,在沿縱向擴展的同時,又以垂直表面的方向向截面內部擴展,形成外寬內尖的楔形裂口。縱裂的擴展總是終止于截面的中心處附近,外觀上看縱向單條裂紋和橫截面上的楔形裂口,是縱裂的基本宏觀形態。

 

⑵縱裂的形成條件 

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淬透是縱裂形成的必要條件。小工件淬透后的應力狀態屬于組織應力型殘余應力,一般情況下組織應力的切向應力顯著大于軸向應力。因此形成組織應力型殘余應力是縱裂的應力條件。 

 

⑶縱裂預防措施 

 

①采用較緩慢的冷卻介質,如油等 。也可用水、油雙液淬火,但水、油雙液淬火對于一些小件無實際使用價值。 

②工件加熱避免過熱,出爐后可適當預冷,淬火后及時回火。 

③加強技術管理技術培訓,切實對有關工藝操作人員進行淬裂理論教育。

 

 

3  弧裂 

 

⑴弧裂形成的條件 

應同時具備整體快速冷卻、不能淬透、具有弧裂的幾何敏感部位的結構形式。

 

⑵幾何敏感部位的結構形式 

有孔洞、凹面和碗面、截面尺寸突變、軸肩。 

 

⑶幾何敏感部位的緩冷效應 

具有上述結構形式在淬火冷卻過程中的主要作用是顯著降低那里的實際冷卻速度,產生緩冷效應。 

 

⑷幾何敏感部位處的組織 

幾何敏感部位緩冷效應,要么使局部未淬硬產生淬火屈氏體并處在馬氏體的包圍之中(在金相的宏觀或微觀上可看出);要么淬硬層被局部明顯減薄。在熱處理生產中產生的弧裂中,前一種占絕大多數。 

 

⑸弧裂的形成擴展方式及典型宏觀形態 

弧裂首先在幾何敏感部位的表面上形成,并由此沿曲(弧)面先向截面內部定向擴展,嚴重時可穿越零件的其余截面,再向零件的外表面延伸,直到在那里呈弧形露出;嚴重時常使相應部位沿弧裂脫落(或經敲擊即可脫落)。開裂面通常為形狀各異的曲(弧)面,***典型的是從幾個不同的方向觀察時都呈弧形,是判定弧裂的重要依據。對存在于幾何敏感部位上并可引起應力集中效應的因素(如尖銳拐角),并不誘發或促進弧裂的產生。

 

 ⑹弧裂的預防措施 

 

①實施局部強冷: 

對于可能引起弧裂的零件,要考慮對幾何敏感部位進行局部強冷(高溫區間)的可能性和實施方法。 

 

②實施局部弱冷: 

對于可能引起弧裂的零件,要考慮對幾何敏感部位進行局部弱冷(高溫區間)的可能性和實施方法。***典型的當屬堵孔淬火,讓孔內在高溫區內冷速更緩,并全部轉變成屈氏體組織。 ③實施低溫區緩冷的淬火方法。

 

 

4  大型零件淬火裂紋 

 

⑴大型零件淬火殘余應力為熱應力型 

淬火介質的冷卻能力越強、截面尺寸越大、加熱溫度越高,淬火殘余應力越大。

 

⑵應力作用方式與開裂原因 

冷卻末期,外層金屬已冷到低溫,內部金屬的溫度必然高于外層。當其繼續降溫時,因伴隨體積收縮受到外層金屬的強力約束,而在中心部位產生三維拉應力,***大拉應力作用在截面的中心處。金屬力學性能理論表明,金屬在三維拉應力作用下,大大約束了塑性變形能力,使其轉變為脆性狀態,極易產生低應力脆性斷裂;這***是具有珠光體組織的大件心部金屬,在熱應力型應力作用下形成裂紋的根本原因。

 

⑶斷口特征

 

 

①短圓柱型: 

常為縱向裂開,當高度為直徑的兩倍左右時,有橫斷現象。多見于碳素工具鋼,這些零件中心往往存在網狀滲碳體,降低鋼的強度并沿其擴展。 

 

②軸類: 

當軸向與切向***大拉應力超過零件中心處材料的強度時,首先在該處開裂。隨后在淬火應力的作用下,裂紋分別沿縱向和橫向由內向外擴展,直到在外表面露出裂紋。但是裂紋也可能終止于內部某處成為內裂。當殘余應力足夠大時,可能在淬火末期自行完全斷開。然而更多時候是在露出零件表面裂紋的基礎上,通過機加工等辦法而顯現。在長度遠大于直徑的時候,橫斷比縱裂更多見,而且同一零件上可能產生多處橫斷或縱裂。裂紋源通常位于截面中心處,當截面中心附近區域存在冶金缺陷時,裂紋源才可能偏離截面中心處。

 

 

③齒圈類: 

一般為中碳鑄鋼制造,只能形成徑向裂紋。裂源為橫斷面的幾何中心處或鑄造的熱節點處,并由此通過齒圈中心的徑向面,由里向外擴展,***終裂開。 

 

④炸裂的內裂: 

炸裂是有傷害危險的開裂,應注意防范。炸裂發生在冷卻末期以后。 

 

⑤斷口特征: 

斷裂面平齊,無明顯塑性變形發生,呈典型的脆性斷口。 

 

⑷內部冶金缺陷的作用 

 

大件截面中心及其附近,是熱應力型應力的***大拉應力存在和作用的位置,這里又是許多冶金缺陷產生或存在的部位。這些缺陷是重要的促裂、誘裂因素,也是大件淬裂的天然裂源和直接原因。由于種種原因的制約與影響,目前我國大型鑄鍛件的綜合冶金質量還很不理想,因而成為影響大件淬裂的***重要的實際因素之一。     應當注意的是:存在于大型零件表面上的***能引起應力集中效應的因素,在淬火過程中,決無誘發和促進裂紋作用。故此,熱處理之前不必要清除大型鑄鍛件的表面缺陷。

 

⑸大件淬裂的預防措施 

 

①利用熱處理基本應力的交互作用和雙重作用特征,設計或改進大件的淬火工藝; ②利用預冷降溫的方法; ③淬火冷卻不進行到低溫; ④及時回火注意回火冷卻方法。


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