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(chǎn)生的裂紋,后者又叫時效裂紋。裂紋的分布沒有一定的規(guī)律,但一般容易在工件的尖角、截面突變處形成。造成淬火開裂的根本原因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,但材料由于存在內部缺陷也會發(fā)生開裂。造成淬火開裂的具體原因很多,分析時應根據(jù)裂紋特征加以區(qū)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因素;各種工藝條件、零件尺寸形狀等引起的宏觀內應力的大小、方向、分布狀態(tài)等是淬火裂紋的外因。下面將從微觀到宏觀,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。
眾所周知,中高碳鋼淬火后,其韌性低,脆性大,易產(chǎn)生顯微裂紋和宏觀開裂。這主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于材料的冶金質量、含碳量和合金元素、原始組織狀態(tài)、馬氏體的組織結構、顯微應力及顯微裂紋等。
2.1.1 材料冶金質量
縮孔和嚴重的軋制缺陷造成材料明顯的不均勻性,這時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(fā)生作用,促發(fā)淬火裂紋。這些冶金質量問題包括: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。
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(jù)脆性固體理論斷裂強度:,其中E、d值與含碳量相關,含碳量提高,馬氏體中鐵原子間結合力降低,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能有效地提高淬透性。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,因而有降低脆性破斷傾向的作用。稀土元素富集于晶界,可凈化和強化晶界,使P等雜質難以再偏集于晶界,可能起到減輕沿晶斷裂的作用。
2.1.3 原始組織狀態(tài)