热处理缺陷 之变形开裂（随谈）

shuiyedayi

1# 所以因为


我认为工件变形，开裂跟预先热处理有很大的关系，跟工件的摆放有关系，

如果退火出炉温度过高很容易氢脆，造成开裂。

工件摆放不当很容易造成变形。

一些粗浅认识，请各位专家指教。

孤鸿踏雪

如何防止放电加工引起的开裂
     放电加工是借助于放电所产生的高温而使工件表面熔化的加工方法。放电加工广泛应用于复杂模具的生产上。由于放电加工显著提高了操作技术、生产力和加工精度，同时可对预硬材料进行加工，对非常复杂的模具型腔（如窄深槽、死角等）显示了特别的优越性，因而倍受人们的欢迎，但这种方法在模具表面（被加工面）遗留了一层硬面脆（约几十微米）的放电白层（依次为组织粗大的再凝固层，布满高密度微裂纹的再淬硬层和回火层），白亮层若不彻底清除，将使微裂纹遗留于模面上成为缺陷源，给模具的使用寿命造成重大隐患。此外，放电加工会在加工面上产生800Mpa左右的拉应力，这种应力若不去除，则会与后续的磨削加工应力（70～80Mpa）及热处理淬火应力（高达1600Mpa）交互叠加而引起应力集中，从而引起模块的剧烈变形甚至开裂。
     因此，在模具制造中，对放电白层要进行彻底清除，并在放电加工后进行稳定化（松弛）处理，以消除残余应力。

风来疏竹

82# 孤鸿踏雪
请教杨工：放电加工是不是电火花加工啊？

孤鸿踏雪

回版主（83#楼）：
     你问的问题，我没有见过有哪个文献专门介绍，但我的理解是：除了电火花（即常说的电脉冲），还应包括线切割。

所以因为

对存在尖角、厚薄悬殊、二等台的45#零件一般采用等温淬火。
sw33 发表于 2009-12-15 20:50

应该是马氏体等温淬火吧？你们实际生产中使用的等温淬火温度是多少？我们过去常用的等温淬火温度在180℃范围。

所以因为

82# 孤鸿踏雪
请教杨工：放电加工是不是电火花加工啊？
风来疏竹 发表于 2009-12-16 13:25

放电加工又叫电加工也可称电火花加工。
电脉冲和线切割都是属于放电加工的范畴，只是电脉冲采用电极对工件放电，线切割是采用MO丝对工件放电；前者大都用于模具型腔（死角等）局部的修整，后者可以加工出完整的形状。但都会对模具表面产生不良影响的白亮层。
可能解释有误，欢迎大家指正。

热处理之火

回版主（83#楼）：
     你问的问题，我没有见过有哪个文献专门介绍，但我的理解是：除了电火花（即常说的电脉冲），还应包括线切割。
孤鸿踏雪 发表于 2009-12-16 13:54

放电加工可以分为快走丝、慢走丝、线切割、电雕刻（需要紫铜做电极），我所知道的就这么多。原理都是一样的，利用正负极以及不同材料导电率不同而产生高压电弧，局部腐蚀材料。局部高温，使材料放电加工附近产生白亮层，非常不稳定，易开裂，易产生组织变化导致尺寸变化。所以放电加工后一般都要进行回火！
以上供参考！

所以因为

放电加工可以分为快走丝、慢走丝、线切割、电雕刻（需要紫铜做电极），我所知道的就这么多。原理都是一样的，利用正负极以及不同材料导电率不同而产生高压电弧，局部腐蚀材料。局部高温，使材料放电加工附近产生白 ...
热处理之火 发表于 2009-12-16 19:08

应该是线切割分快走丝、慢走丝！

chenliu

我今天刚看到一条短消息，会员chenliu询问“真空炉体一个比较复杂的炉体，壁厚是不同的：上下板是30mm，圆筒壁厚10mm，外层水套厚4mm。在400℃做去应力热处理时会产生变形和裂纹吗？”
有一个讯息不全之处，他没有说 ...
所以因为 发表于 2009-12-16 09:03

材料是304不锈钢。为了去除焊接应力做热处理，我在另一贴中向沈工请教过。http://www.rclbbs.com/viewthread.php?tid=49783

所以因为

304不锈钢用400℃进行去除焊接应力处理是我通过实践后采用的工艺参数，可以防止敏化现象的发生，对奥氏体不锈钢来说这一点是至关重要的；而且这个温度对于一般材料的去应力处理来说都是比较低的，所以这个温度你不用担心裂纹的产生，至于变形我不能说一点都没有，但应该在允许的范围。
工件用比较低的温度进行去应力处理，能有效地预防其变形和开裂，但去应力的效果会相应减弱，所以，时间要有保证。

孤鸿踏雪

淬裂及预防：
     淬裂是机械零件最常见的致命缺陷。已淬裂的工件，100%报废，无任何补救措施。极个别的淬裂工件，依据开裂部位，可考虑予以焊补使用。
    1.形状效应引起的淬裂       
    主要是设计因素造成的，如;园角R过小，孔穴位置设置不当，截面过渡不好等。
    预防措施：
    改善设计。       
    2.过  热（过烧）引起的开裂       
    （1）控温不准或跑温（仪表热偶）；
    （2）工艺设置温度过高；
    （3）炉温不均，如底部有加热元件的设置，工件直接放在炉底板上等；       
    预防措施：（1）检修、校对、控温系统；（2）修正工艺温度；（3）工件与炉底板间加垫铁。
    3.脱碳引起的开裂（1）过热（或过烧）；（2）空气炉无保护加热；（3）机加余量小，锻造或预备热处理残留脱碳层；
    预防措施：
    （1）可控气氛加热、盐浴加热、真空炉加热、箱式炉采用装箱保护或使用防氧化涂料；（2）机加工余量加大（2～3mm）。
    4.冷却不当引起的开裂       
    （1）冷却剂选择不当；
    （2）过冷。       
     预防措施：
     （1）掌握淬火介质冷却特性；（2）在Mf+50℃以上出槽立即回火。
     5.原材料组织不良        碳化物偏析严重，锻造质量差，预备热处理方法不当，效果不佳。       
     预防措施：
     （1）正确的锻造；（2）合理的预备热处理制度。

所以因为

扬工在82楼所提出的关于放电加工产生白亮层，使模面上成为缺陷源，给模具的使用寿命造成重大隐患的问题，是应该引起大家重视的；对这一问题可能许多热处理人因为认识不足，都可能比较容易忽视，更何况对机械设计人员了。所以，非常有必要进行沟通，有许多问题就是因为缺乏交流而引起的。

所以因为

这是“孤鸿踏雪 ”杨工在另一主题帖关于放电加工产生白亮层引起模具开裂现象的具体案例，分析详尽，措施得当：
【概况】：电火花线切割引起模块炸裂
【情况描述】：在模具加工中，对于较厚大的碳素工具钢和低合金工具钢模快，在电火花线切割工程中经常发生炸裂现象
【原因分析】：在模具制造中，放电加工或电火花线切割加工是越来越普遍而且有时必须使用的加工手段。但大量事实证明，由这两种加工方法带来的缺陷是显而易见的。由于放电加工是借助于放电所产生的高温而使模具表面熔化的加工方法，所以，在其加工面上形成一层白色的放电加工变质层，并产生80kgf/mm²左右的拉应力。这样，在模具的后续加工或使用时便常常出现变形和开裂等缺陷。
   线切割产生的裂纹有两个：1.初切割表面产生了二次淬火层（变质层），其厚度约为0.01~0.50mm，在深度为100~200μm处存在最大张应力（大约750Mp）；2.淬火钢内部显微裂纹是诱发模块开裂的因素。有文献指出，由凸镜片状马氏体形成时撞击机理所造成的微裂纹长度在0.001~0.007mm，在切割时，当钼丝在行进过程中触发长度大于3.6μm的显微裂纹时，如工件内已有较大张应力存在，工件即发生开裂。
   另外，由于碳素工具钢和低合金工具钢淬透性较差，冷作模具又采用低温回火，所以，对于较厚大的模块，难免存在较大的残余的淬火应力，在后续的放电和磨削加工中，与放电应力和磨削应力交互叠加作用，当某一峰值应力超过其断裂强度时，模块就会开裂甚至炸裂（伴有较强的声响）。
【预防措施】：1.尽量采用分级或等温淬火以及提高回火温度等办法来降低模块内的淬火残余应力；2.如果因硬度要求而无法提高回火温度，则考虑使用模具的重复回火。有资料介绍：对于淬火钢件，采用多次回火比一次长时间回火效果要好；3.合理预留切割余量，使钼丝的行进路径尽量远离模块内的高张应力区，尤其应避开淬硬层与未淬硬层之间的过渡区；4.利用矢量能够平移的原理，将切割前哨业已发生应力集中的内应力做切通引流释放；5.有条件时，尽量选用能够承受高温回火的钢种（如Cr12型钢）；6.为了减小热处理回火不足形成的残留应力，可以在热处理之前预钻工艺孔或预铣工艺槽；6.以稳定的放电条件进行加工，放电加工后磨去再凝固层，并进行再回火。

风来疏竹

请问氮化后发生裂纹的概率有多大？不知道是否大家都遇到过？
另外，再请教一个问题，氮化的类型和工艺有许多种，那一种变形最小？

JUNSHI

最好进炉之前看看,有没有问题.在看看工件是不是很复杂.在定工艺

LSZLOVER

应该在氮化前采用消除应力的热处理工艺，经过消除应力，然后在半精加工，这样应该能够有效解决变形问题

所以因为

热处理变形开裂主要是二个应力的问题，下帖对尺寸较大的工件采用的热处理方法，是一个很聪明的方法，值得大家的借鉴：
http://www.rclbbs.com/viewthread.php?tid=51637&highlight=

shuiyedayi

各位专家好：

我有一个问题，40Cr，直径38-42，长度280-560，汽车传动轴，结构相当简单，末端有花键槽。

要求：淬火深度2.0-4.5；马氏体级别：3-7级；硬度HRC56-62.

同时杜绝花键槽开裂。

请各位专家介绍一套热处理方案，谢谢！

孤鸿踏雪

淬火裂纹原因分析：
     在淬火冷却时，由于冷却速度很快而在工件内外产生温差，从而形成热应力，而在MS点以下因组织转变不同步以及新旧相比容不同而形成组织应力。这两种应力因工件形状的不同而有各种不同形态的组合，当其合成结果为拉应力型并大于钢材的抗拉强度时就发生开裂。
     从工件形状上看，在工件壁厚发生急剧变化的部位或有锐角的地方最易淬裂。此外，在淬冷至MS点后不把工件从淬火介质提出而令其在淬火介质中冷却到底，淬火后不立即回火，工件表面严重粗化，锻造后不进行退火而直接进行淬火等等，所有这些做法都容易产生淬火裂纹。
     此外，产生淬裂的原因还有：淬火温度过高、加热不均匀、冷却不均匀、钢件的材质与淬火介质的淬冷烈度不适宜、相对于钢材的质量冷却速度过快、淬火前退火不充分以及工件形状有利于热应力和组织应力集中等情况。
     对于碳素钢而言，由于常用水、盐水强烈冷却，当其含碳量在0.40～0.50%时，若钢中含有较多的镍铬等杂质元素，故水淬极易开裂。
     淬火裂纹属致命缺陷，淬火件应进行无损检测，否则，具有淬火裂纹的工件在使用过程中会造成更大的破坏，甚至会酿成重大人机伤害事故。

孤鸿踏雪

磨削裂纹：
     对于高频淬火或普通淬火的工件来说，当其在淬火状态或低温回火状态下进行磨削时，由于某些局部区域产生磨削热而引起第一阶段和第二阶段的回火收缩，结果使其周围的金属受到一定的拉应力并形成软点，因为在软点部位呈现回火色，所以也把这种现象叫做磨削烧伤。另外，在磨削过程中因残余奥氏体向马氏体转变或因磨削热量过多所造成的工件表面局部二次淬火等，有时也会造成磨削裂纹。
     磨削裂纹有两类：
     一类是磨削热使工件温度升高至180℃左右（与回火第一阶段相对应），裂纹与磨削进给方向垂直且呈平行线状，这种裂纹叫做第一类磨削裂纹；
     另一类是磨削热使工件温度升高到250～300℃左右（与回火第二阶段相对应），裂纹呈网状，这种裂纹叫做第二类磨削裂纹。检查磨削裂纹可以利用热酸蚀法，这时的显微组织为屈氏体或索氏体。
     磨削热是在砂轮与钢的接触和挤压摩擦条件下产生的，因此，砂轮的种类和粒度以及钢种均对磨削热产生影响。钢件硬度越高，硬质碳化物数量越多或导热系数越低，越易产生较多的磨削热而使工件温度升高。含碳量高且含有铬和钼的合金钢也易产生大量的磨削热使工件温度升高。