弧裂的形成原因及改进措施

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1、弧裂的形成原因及改进措施【摘要】活动扳手常规淬火后，在缺口及圆孔处常出现表面裂纹，分析原因是由于弧裂引起的。具有弧裂形成的几何敏感部位，在淬火冷却过程中的主要功能，是显著降低那里的淬火实际冷却速度，产生缓冷效应，使局部未淬硬，产生淬火屈氏体组织，并处在马氏体的包围之中，即屈氏体软斑。并由此产生了起源于马氏体—屈氏体的不同比容和不同收缩倾向而作用于该处表面局部合成拉应力。零件在低温期内的冷速愈高，表面合成局部拉应力值越大。当其值超过材料的断裂强度时，便在那里致裂，产生沿弧面形成并扩展的弧裂。　　【关键词】弧裂;淬火;裂纹;几何敏感部位;缓冷效应　　在快速冷却条件下

2、,弧裂的形成既与试件的几何尺寸有关,也与其局部几何结构有关,而且基本上是由后者决定的,我们把这种局部几何结构称为弧裂形成的几何敏感部位。在淬火件上,常见的几何敏感部位的结构形式有孔洞、凹陷面、轴肩(阶梯轴类)、凸缘和轮齿等。它的功能,是在零件淬火冷却过程中,显著降低实际冷却速度(珠光体转变区间内),使之不能淬硬并产生淬火软斑。这为淬火件上形成称之为表面局部拉应力的局部应力场,创造了组织条件。弧裂的形成,就是这种表面局部拉应力作用的结果。过渡型淬火残余应力的皮下最大拉应力,不足以致裂而产生皮下或内部弧裂。事实上,弧裂首先在零件局部几何结构的表面上形成,并一直在靠近

3、屈氏体软斑(带)的马氏体组织内沿弧面扩展为弧裂纹,它对存在于淬火件表面上能引起应力集中效应因素的作用不敏感。随局部几何结构形式的不同,弧裂的形态会有很大改变,这使弧裂成为宏观形态变异大、分析和预防都使人感到更困难的一类淬火裂纹。　　1.弧裂的形成必要条件　　1.1弧裂的形成条件　　1.1.1整体快速冷却。可以满足这一要求的淬火介质有水、盐水、碱水和其他冷速较快的水溶液淬火剂。　　1.1.2不能淬透。就几何尺寸而言，能满足这一要求的是那些中小尺寸的普通钢制零件。　　1.1.3具有弧裂形成的几何敏感部位。弧裂只能形成在满足了上述第一、二两个条件的淬火件的局部位置的表

4、面上。这种位置主要由该处几何结构的特点所决定，个别情况下也由淬火的冷却方法决定。几何敏感部位常有孔洞类、凹面类和碗面类、截面尺寸突变的结构、轴肩类等结构形式。　　1.2弧裂断口的微观形貌特征　　弧裂断口得宏观形貌特征呈细瓷状，其微观形貌也以穿晶解理断裂为主，伴有少量沿晶断裂。而且，在裂纹处与断口其余部分之间，并无明显差异。　　1.3几何敏感部位的缓冷效应　　具有弧裂形成的几何敏感部位，在淬火冷却过程中的主要功能，是显著降低那里的淬火实际冷却速度，及产生所谓的缓冷效应。几何敏感部位引起的缓冷效应，使局部未淬硬，产生屈氏体组织，并处于马氏体的包围之中。　　2.弧裂形

5、成裂纹的特点　　（1）弧裂形成的基本特点是由淬火件上局部几何结构的特点决定的局部性，即开裂只在零件上被称为弧裂形成的几何敏感部位上产生，易位不裂。　　（2）弧裂的的致裂应力是产生在几何敏感部位的表面局部合成拉应力，而不是过渡型淬火残余应力的皮下最大应力。　　（3）弧裂首先形成在淬火件几何敏感部位的表面上，因而不是内部裂纹。　　（4）大多数弧裂都以在几何敏感部位上产生淬火屈氏体软斑为其形成的必要条件，并且始终形成扩展在靠近软斑的全马氏体组织区内。　　（5）弧裂赖以形成的淬火冷却条件比较复杂，首先淬火的整体冷却是快速的，第二几何敏感部位在高温期内的冷却显著减慢，第三

6、敏感部位在低温期内的冷却液是快速的。　　3.弧裂形成的原因　　3.1关于几何敏感部位的缓冷效应　　淬火件上具有若干特定几何结构的几何敏感部位，可以显著减缓那里高温期内的淬火冷却速度，并导致产生淬火屈氏体软斑及产生所谓的缓冷效应。个中道理，早为日本著名热处理学者大和久重雄先生所阐明。他指出：在水中淬火的同一零件上，个不同部位的实际冷却速度不同，并且相差很大。　　3.2弧裂的致裂应力　　在大多数情况下，弧裂的形成都与处在马氏体包围之中的淬火屈氏体软斑的产生直接有关，因此这种金相组织是诱发弧裂形成的一个重要条件。弧裂的形成，乃是产生在几何敏感部位的表面局部合成拉应力的

7、作用结果。而这种应力的产生主要是由淬火屈氏体软斑及其周围的马氏体具有不同比容以及在冷却过程中的不同收缩倾向所决定的，其作用方向与裂纹的形成扩展方向大致垂直，并且，只有当其数值超过材料的断裂强度时，弧裂的形成与扩展才是可能的。　　3.3弧裂的形成扩展方式　　弧裂首先形成在几何敏感部位的表面上，如孔洞的内表面、凹碗面、齿牙或螺牙根部稍上的表面，并由此沿曲面先向截面内部定向扩展，严重时可穿越零件的其他截面部分，再向零件外表面延伸，直致再那里呈弧形露出。胡劣势中形成和扩展在屈氏体软斑附近的马氏体组织内。裂纹与软斑的距离为2mm-4mm。　　3.4弧裂的形成原因　　在快速

8、冷却条件下淬火又不能淬透