热处理变形与裂纹.doc

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1、热处理变形与裂纹工件热处理后常产生变形和开裂，其结果不是报废，也要花大量工时进行修整。工件变形和开裂是由于在冷、热加工中产生的应力所引起的。当应力超过弹性极限时，工件产生变形；应力大于强度极限时，工件产生裂纹。热处理中热应力和组织应力是怎样产生的？只有不断认识这个问题，才能采用各种工艺方法来减小和近控制这两种应力。在加热和冷却时，由于工件热胀冷缩而产生的热应力和组织转变产生的组织应力是造成变形和开裂的主要原因，而原材料缺陷、工件结构形状等因素也促使裂纹的产生和发展。后面主要叙述热处理操作中的变形和开裂产生原因及一般防止方法，也讨论原材料质量、结构形状等对

2、变形和开裂的影响。一、钢的缺陷类型1、缩孔：钢锭和铸件在最后凝固过程中，由于体积的收缩，得不到钢液填充，心部形成管状、喇叭状或分散的孔洞，称为缩孔。缩孔将显著降低钢的机械性能。2、气泡：钢锭在凝固过程中会析出大量的气体，有一部分残留在处于塑性状态的金属中，形成了气孔，称为气泡。这种内壁光滑的孔洞，在轧制过程中沿轧制方向延伸，在钢材横截面的酸浸试样上则是圆形的，也叫针孔和小孔眼。气泡将影响钢的机械性能，减小金属的截面，在热处理中有扩大纹的倾向。3、疏松：钢锭和铸件在凝固过程中，因部分的液体最后凝固和放出气体，形成许多细小孔隙而造成钢的一种不致密现象，称为疏

3、松。疏松将降低钢的机械性能，影响机械加工的光洁度。4、偏析：钢中由于某些因素的影响，而形成的化学成份不均匀现象，称为偏析。如碳化物偏析是钢在凝固过程中，合金元素分别与碳元素结合，形成了碳化物。碳化物（共晶碳化物）是一种非常坚硬的脆性物质，它的颗粒大小和形状不同，以网状、带状或堆集不均匀地分布于钢的基体中。根据碳化物颗粒大小、分布情况、几何形状、数量多少将它分为八级。一级的颗粒最小，分布最均匀且无方向性。二级其次，八级最差。碳化物偏析严重将显著降低钢的机械性能。这种又常常出现于铸造状态的合金具钢和高速钢中。对热处理工艺影响很大，如果有大块碳化物堆集或严重带

4、状分布，聚集处含碳量较高，当较高温度淬火时，工件容易因过热而产生裂纹。但为了避免产生裂纹，而降低淬火温度，结果又会使硬度和红硬性降低。碳化物偏析严重将直接影响产品质量，降低使用寿命或过早报废。5、非金属夹杂物：钢在冶炼、浇铸和冷凝等过程中，渗杂有不溶解的非金属元素的化合物，如氧化物、氮化物、硫化物和硅酸盐等、总称为非金属夹杂物。钢中非金属夹杂物存在将破坏基体金属的连续性，影响钢的机械性能、物理性能、化学性能及工艺性能。在热处理操作中降低塑性和强度而且夹杂物处易形成裂纹。在使用过程中也容易造成局部应力集中，降低工件使用寿命。夹杂物的存在还降低钢的耐腐蚀性能

5、。6、白点：钢经热加工后，在纵向断口上，发现有细小的裂纹，其形状为圆形或椭圆形的，呈银亮晶状斑点。在横向热酸宏观试样上呈细长的发裂，显微观察裂缝穿过晶粒，裂缝附近不发现塑性变形，裂缝处无氧化与脱碳现象。这种缺陷称为白点。白点将显著降低横向塑性与韧性，在热处理中易形成开裂。7、9氧化与脱碳：钢铁在空气或氧化物气氛中加热时，表面形成一层松脆的氧化皮，称为氧化。表面的碳被“燃烧”使表面的碳分减少或完全失去。这种现象称为脱碳。钢的表面脱碳将降低表层机械性能。对需淬火的钢得不到所需的硬度，尤其工具钢和轴承钢热处理时会形成淬火软点。高速工具钢会降低红硬性。氮化零件氮

6、化前表面脱碳，使氮在表层具有很大的饱和度，形成脆性。1、过热和过烧：钢在加热时，超过正常加热温度或保时间过长，使奥氏体晶粒过于粗大的现象称为过热。这将影响钢的机械化性能和工艺性能。锻造时过热是形成裂纹的原因之一。淬火过热后具有粗大的针状马氏体组织，韧性较低，也往往使淬火零件的内应力增大，产生变形与开裂。过热还使钢出现严重的氧化与脱碳。钢的加热温度接近于熔化温度，沿晶界处产生熔化或氧化现象，称为过烧。过烧后钢的强度很低，脆性很大。在锻造或热处理时必然会裂开，断口失去金属光泽。钢的过烧是无法用热处理或其它方法补救。2、脆性：金属材料，由于某些原因受力突然断裂

7、，其韧性（有时是塑性）强烈下降，其它机械性能下降不大或不变（有的性能甚至反而上升如硬度），在断裂的过程中没有明显的变形特征，这种现象称为脆性。脆性将显著地降低钢的冲击韧性与塑性，产生一次断裂。3、疲劳：金属长期受不同形式的交变负荷作用时，在工作应力显著低于抗拉强度的应力下发生断裂的现象称为疲劳。二、热处理基本应力:热处理基本的内应力可分为：工件因内外温差所引起的内应力称为“热应力”；工件内外组织不同时转变，或同一截面存在着组织不同造成比容差异所引起的内应力称为“组织应力”。热处理后工件中的残留应力，就是在急冷过程中由于上述应力叠加作用的结果，所以又叫“残

8、余应力”。1、热应力：将钢件加热到组织转变点（A1）以下，随即急冷到室温，工件中