淬火裂纹是指在淬火过程中或在淬火后的室温放置过程中产生的裂纹,后者又叫时效裂纹。裂纹的分布没有一定的规律,但一般容易在工件的尖角、截面突变处形成。造成淬火开裂的根本原因是拉应力超过材料的断裂强度,或者虽未超过材料的断裂强度,但材料由于存在内部缺陷也会发生开裂。造成淬火开裂的具体原因很多,分析时应根据裂纹特征加以区分。
2 淬火裂纹的成因:马氏体的本质脆性是淬火裂纹的内因,而马氏体的晶体结构、化学成分、冶金缺陷等是马氏体本质脆性的影响因素;各种工艺条件、零件尺寸形状等引起的宏观内应力的大小、方向、分布状态等是淬火裂纹的外因。下面将从微观到宏观,从内部到外部对钢件的淬火裂纹进行分析。
2.1 马氏体本质脆性—钢件淬火裂纹的内因。
众所周知,中高碳钢淬火后,其韧性低,脆性大,易产生显微裂纹和宏观开裂。这主要是由马氏体的本质脆性决定的。而马氏体的本质脆性又决定于材料的冶金质量、含碳量和合金元素、原始组织状态、马氏体的组织结构、显微应力及显微裂纹等。
2.1.1 材料冶金质量
缩孔和严重的轧制缺陷造成材料明显的不均匀性,这时材料是不宜进行热处理的。而不少材料的冶金缺陷均可能单独与宏观或微观的内应力发生作用,促发淬火裂纹。这些冶金质量问题包括:宏观偏析、固溶体偏析、固溶氢、锻轧缺陷、夹渣、铁素体珠光体带状组织及碳化物带状组织等。
2.1.2 材料含碳量和合金元素
含碳量增加将降低马氏体的断裂强度。根据脆性固体理论断裂强度:,其中E、d值与含碳量相关,含碳量提高,马氏体中铁原子间结合力降低,弹形模量也降低,钢的断裂强度也随之降低。碳量增加,d值增加,使断裂强度降低。
而合金元素对淬火裂纹的影响不一,例如Mn、Cr、V、Mo等元素与C一样,随其含量的增加而淬裂倾向变大。然而,B元素较为特殊,B能有效地提高淬透性。稀土元素对淬裂的影响研究甚少,说法不一。适量的稀土元素可减少位错移动所需要的摩擦力,因而有降低脆性破断倾向的作用。稀土元素富集于晶界,可净化和强化晶界,使P等杂质难以再偏集于晶界,可能起到减轻沿晶断裂的作用。
2.1.3 原始组织状态
除了钢中的化学成分以外,淬火前的原始组织结构对洋裂的影响也很大。例如,片状珠光体;马氏体和贝氏体等非平衡组织;不均匀、网状碳化物;非金属夹杂物;锻造过热组织及流线等均可能导致或促发淬火开裂。