论热处理过程中出现的裂纹缺陷、成因及防止方法

向清然

[摘要]工具及小型零件在热处理过程中所产生的裂纹，通常是由于热处理的温度、加热方法和冷却方式等不恰当引起的。常见的热处理裂纹有淬火裂纹、回火裂纹和磨削裂纹，正确认识裂纹产生原因及防止办法能提高工具及零件的热处理效果。

[关键词]热处理裂纹裂纹种类裂纹原因防止办法

引言：众所周知，零件淬火时所需的必要条件为：钢材所必须的淬火温度和淬火时的冷却速度。例如，当淬火的钢材为碳素钢时，钢的淬火温度约为800～850℃，在此温度时应快速冷却，低于这个温度就不可能获得必须的淬火硬度，但是另一方面，又可能会有淬火裂纹的出现。为了既获得淬火时的效果又不至于产生裂纹，就必须注意以下两点：一是钢在转变点（Ar'）以上，应以极快的冷却速度进行冷却；二是钢在转变点（Ar"）开始即所谓的“危险区域”范围内时应缓慢冷却。

热处理零件在淬火过程中的裂损情况一般可归纳为三种，即淬火裂纹、回火裂纹和磨削裂纹。下面分别概述它们的形成原因及防止办法。

一、淬火裂纹：淬火裂纹是在零件淬火过程中，所产生的开裂现象。

（一）淬火裂纹产生的原因：是由于钢在硬化时的组织应力即奥氏体转变为马氏体时所产生的应力超过钢的抗张强度时发生的一种裂损现象。具体原因为：

1.钢件在淬火冷却过程中，钢的内部未经淬透，当内外温差很大时，就中断了冷却从而产生裂纹；

2.零件表面有严重的缺陷，淬火时易产生裂纹；

3.淬火以后，未立即进行回火而是长时期的搁置也易产生裂纹；

4.由于第一次淬火不符合要求，重复淬火之前未进行退火处理易产生裂纹；

5.当淬火的零件几乎完全冷透的瞬间易产生裂纹；

6.零件从淬火液中取出之后易产生裂纹；

（二）淬火裂纹发生的位置。

1.零件的形状较为复杂，裂纹易发生在断面厚薄不匀处；

2.钢的内部结构组织发生偏析的部分；

3.零件有尖角、钻孔或凹穴处。

（三）防止淬火裂纹的方法。

1.当零件淬火冷却时，在冷透之前不中断冷却，尤其是在马氏体开始转变到转变终了之间，应缓慢冷却；

2.采用热浴淬火法和等温淬火法；

3.应把零件的尖角、孔眼或凹穴处用耐火粘士、金属丝或石棉线等缠绕包好；

4.淬火后应立即进行回火；

5.当零件需要进行二次或三次反复淬火时，中间必须有退火的工序。

二、回火裂纹：回火裂纹是已经淬火硬化后的钢在进行回火处理时所发生的开裂现象。碳素钢不易产生回火裂纹，高速钢易产生回火裂纹。

（一）回火裂纹产生的原因：

1.回火过程中加热速度过快，易产生裂纹；

2.钢的表面尚留有脱碳层，在回火过程中，钢的中心部分残留奥氏体已转变为马氏体而进行膨胀，但是脱碳部分因含碳量少不能发生转变，结果由于内部转变发生膨胀使表面层承受过大的张力，以致产生龟裂即回火裂纹。

（二）防止回火裂纹的方法：

1.在回火加热和冷却时采用缓冷的方法；

2.如果零件的表面有脱碳层时，必须先去除脱碳层后才可进行回火。

三磨削裂纹：是由于用砂轮磨削时持续的时间过长，因而零件表面产生较高的温度，如果磨削温度达到200～300℃时，裂纹便在冷却过程中自然显现出来。

（一）磨削裂纹产生的原因：

1.主要原因是砂轮磨削表面时表层温度达150～200℃，使钢的表面组织发生“回火”即钢的表面淬火马氏体组织转变为回火马氏体组织，这种转变使钢的表面体积收缩，而钢的内部不发生组织转变体积也不产生变化，这种表层收缩而内部不收缩产生的局部龟裂纹就被称为“第一次磨削裂纹”；

2.次要原因是砂轮磨削表面时表层温度达300℃左右时，表层“回火马氏体”组织转变为托氏体组织，使表层产生收缩，而产生裂纹即“第二次磨削裂纹”。

（二）磨削裂纹防止办法：

1.当零件要进行磨削加工之前，可预先以200℃左右的温度进行回火以防止“第一次磨削裂纹”，或中间以300℃的温度进行回火以防止“第二次磨削裂纹”。

2.对含碳量比较高的钢，应使碳化物进行球状处理后再磨削加工。

总结：热处理过程中裂纹产生的现象、原因及防止办法就根据零件及工具的成分、用途、形状等区别对待并正确运用，才能提高热处理的最终效果。

（作者单位：湖南衡阳技师学院模具系）