热处理缺陷 之变形开裂（随谈）

所以因为

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 ...
shuiyedayi 发表于 2009-12-18 10:53

可以使用超音频感应淬火达到汽车传动轴的技术要求。
现在主要的问题，是您担心花键槽的开裂。首先一点，在感应淬火前应该进行调质处理，这个是不可缺少的前期处理。
一般花键槽感应淬火很少发生开裂的现象，应该注意的几点是，感应淬火的参数作适当的调整，温度尽量不要太高，控制在下限；主要是采用合适的冷却介质，12%左右的PAG，现在是冬季，待介质的温度（可以先生产一些别的产品）上升，再进行汽车传动轴花键槽的感应淬火。您是否在处理此类的工件时遇到过开裂的现象？但一般是不用太担心的。
论坛上有这方面熟悉的朋友，可以谈谈看法。

所以因为

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？
风来疏竹 发表于 2009-12-17 15:38

氮化后发生裂纹的概率没有作过统计，不知道论坛上有多少朋友遇到过？我基本上是没有听说过此类的“新闻”。
我今天特意询问了一位做辉光离子氮化的朋友，他是热处理高级技师，做了许多年的离子氮化，经验十分丰富，他说从来没有发生裂纹的现象，如果有，也是在之前就存在裂纹了。并且他认为，辉光离子氮化的变形比其他氮化处理的变形量要小。这一点也是事实能够证明的，我单位水泵上用的38CrMoAl材料做的密封环，同样的规格用气体氮化比辉光离子氮化外园胀大（椭圆）一倍，一个在7~8丝一个有15~16丝。

孤鸿踏雪

曲轴高频淬火断裂分析案例
     早期的小型汽车用发动机曲轴都用SCr4制造，经锻造退火后进行整体淬回火处理，表面硬度规定为40HRC。按这种方案制成的曲轴在服役过程时有断裂现象发生，经断口分析发现：断裂源在弯角附近，断裂源附近硬度在35HRC左右，低于规定值，断口是以弯曲为主的疲劳断口。
     作为预防和纠正措施之一是：在不改变曲轴形状、尺寸和钢种的前提下，改用高频淬火。预处理有两种方法：一是锻造、正火、淬火回火，表面硬度为38HRC；二是锻造、正火，表面硬度为18HRC。将上述两种预处理状态的曲轴经同样的高频淬火后装机进行10 h台架试验，然后装车进行行走试验，前者未发生断裂，而后者则从高频淬火硬化层边缘处断裂，断口形貌是以弯曲为主的疲劳断口。
     一般说来，当由铬钼合金钢制成的曲轴采用第一种预处理方案时，其硬化层的硬度和深度均优于第二种方案，其缺陷是增加一道淬火回火工序。当采用第二种方案时，若能改变曲轴形状和尺寸，则亦可保证不发生断裂，但实际上要想改变曲轴的形状和尺寸并非一件易事。因此，作为热处理方面，只好考虑在加热线圈上多想办法，如果能把圆角处也淬硬，则或许断裂就可避免。例如，形状和尺寸各不相同的大型发动机曲轴一般均用SC45C（45#）钢制造。其热加工流程为锻造、正火和高频淬火，由这种方法所制造的曲轴，在使用中不发生断裂的例子也是很多的。
     结论：对于小型汽车发动机曲轴而言，为了防止断裂的发生，决定改用淬透性较好的SCM4钢，热加工流程是锻造、正火、常规的淬火回火，表面硬度控制在42HRC左右。这种状态的曲轴鲜有断裂。

所以因为

杨工提供的这个案例非常好，说明了一个道理，要预防热处理缺陷的产生，从选材到工艺都是需要我们不断改进的，以达到最佳的使用效果。

所以因为

同样的材料和产品，因为氮化前的热处理冷却介质的不同，其氮化后的变形量有非常大的差异；这个问题是容易被忽视的，希望引起大家的注意；下帖74楼的“大漠孤雁”提出的问题和下面的回复可以作为参考：
http://www.rclbbs.com/viewthread ... page%3D1&page=4

huang2010

淬火开裂与合理选择淬火温度及冷却介质有很大的关系，回火要防止回火脆性

孤鸿踏雪

过渗碳引起断裂
     对由 SCr22钢制成的差速器行星齿轮的断裂失效件进行分析：该齿轮生产工艺流程是锻造、退火、切齿、渗碳、淬火回火。所使用钢材含碳量为0.25%，比规定值稍高。在渗碳层中可看到较多的粒状碳化物，渗碳层硬度为60～62HRC，深度为1.40㎜，稍深。此外，渗层的裂纹大部分沿晶界形成。齿根处芯部硬度较高。为37HRC。由此可以断定，断裂原因为过渗碳，而且因为淬火温度偏低而致整个齿轮脆弱且强度亦低。

所以因为

影响淬火热处理变形的主要因素（资料）：
在实际生产中，影响淬火热处理变形的因素有很多,其中主要包括钢的原始组织、含碳量、零件尺寸和形状、淬火介质的选择、淬火工艺、钢的淬透性等。

1 钢中的含碳量对零件淬火热处理变形的影响
形成显微裂纹敏感度随马氏体中碳含量增高增大。当钢中碳含量大于1.4%时，形成显微裂纹敏感度反而减小。因为钢中碳含量大于1.4%时马氏体的形态改变了，片变得厚而短，马氏体片之间的夹角变小，撞击机会和应力都有所减小。因此，高碳钢过热淬火容易开裂，是因为奥氏体晶粒粗大和马氏体碳含量过高而引起形成显微裂纹敏感度增大的缘故。为防止变形和开裂，过共析钢通常采用不完全淬火获得隐晶马氏体，不易产生显微裂纹。

2 钢的淬透性对零件淬火热处理变形的影响
钢的淬透性是指在规定条件下，决定钢材淬硬深度和硬度分布的特征。它是反映钢在淬火时，奥氏体转变为马氏体的难易程度。钢的淬透性与钢的临界冷却速度有密切的关系，临界冷却速度越底，钢的淬透性越好，降低临界冷却速度的主要因素是钢的化学成分，例如合金钢的淬透性比碳钢好。淬透性好的钢，在淬火冷却时可采用比较缓和的淬火介质，减少工件淬火的变形及开裂倾向。因此，对于重要的、形状复杂的、大截面的零件应选择淬透性好的合金钢，经淬火及回火处理，既能获得所需要的力学性能，又能减少变形及开裂。

3 钢的原始组织对零件淬火变形的影响
零件淬火前的组织状态对零件的淬火质量有很大影响，如碳素工具钢、合金工具钢、轴承钢等，这些钢在锻造加工以后，必须进行球化退火，将片状珠光体变为球状珠光体，在淬火加热时，奥氏体晶粒不易长大，冷却时工件的变形和开裂倾向小。另外偏析现象和网状组织,对淬火后工件的变形、特别是对细长轴的弯曲变形影响很大。材料的本质晶粒度越细,屈服强度越高,对变形的抗力越大,工件淬火后的变形量就相应减小。

4 淬火介质对零件淬火热处理变形的影响
根据碳钢的等温转变图可知，为了抑制非马氏体转变的产生，在c曲线“鼻子”附近（550℃左右）需要快冷，而在650℃以上或400℃以下温度范围，并不需要快冷，特别在Ms线附近发生马氏体转变时需要缓慢冷却，为使马氏体转变时产生的热应力和组织应力最小，以防止淬火变形和开裂。
一般认为,淬火介质300℃时的冷却速度对变形的影响是关键的,应根据钢的淬透性、零件截面尺寸和表面粗糙度,合理选用淬火介质。常用的淬火介质有水、油、以及盐类水溶液、熔盐、空气等。水的冷却特性不理想，在要求快冷区间650—400℃时，水的冷却速度很小，大约200℃/s,而在400℃以下需要漫冷的区间，水的冷却速度大增，大约300℃达到最大值800℃/s,使零件淬火变形及开裂倾向最大。一般情况下碳钢常采用淬火烈度大的水或水溶液作为淬火介质；而合金钢一般用油作为淬火介质。因此，选择淬火介质的正确原则是，在保证淬硬的前提下，尽量选择淬火烈度小的淬火介质，以减小淬火变形及开裂。

5 零件的几何形状对零件淬火变形的影响
从热处理工艺角度出发，零件设计最好采用对称结构，尽量避免尖角，要求截面过渡均匀。必要时可开工艺用槽。如镗杆上开有两条对称的槽，其中一条是为减小热处理变形而设计的。形状较复杂的零件，如零件的尖角处，由于应力集中，更容易产生淬火裂纹。因此，必须合理选择材料，避免淬火裂纹产生。

6 淬火方法对零件淬火变形的影响
为了使淬火时最大限度地减少变形和避免开裂，除了正确地进行加热及合理选择淬火介质外，还应根据工件的成分、尺寸、形状和技术要求选择合适的淬火方法。例如:双介质淬火、马氏体分级淬火、贝氏体等温淬火、强烈淬火等。双介质淬火的内应力小，变形及开裂少，所以主要应用于碳素工具钢制造的易开裂的工件，如丝锥等；贝氏体等温淬火可以显著地减少淬火应力和淬火变形，并能基本上避免工件的淬火开裂，因此，各种形状复杂的模具、成形刀具采用贝氏体等温淬火；强烈淬火技术是采用高速搅拌或高压喷淬使试件在马氏体转变区域进行快速而均匀的冷却,在试件整个表面形成一个均匀的具有较高压应力的硬壳,避免了常规淬火在马氏体转变区域进行快速冷却而产生畸变过大和开裂的问题。

总之，淬火热处理变形的影响因素是十分复杂的问题，在制定淬火热处理工艺时，应充分考虑工件的形状、钢中的碳含量，根据工件所要求的力学性能，合理选择淬火方法及冷却介质，防止变形及开裂，提高产品质量。

wangh100

跟踪和关注我们的产品，有点经验值看看能否给大家借鉴：20CrMnTi材料变形算小的,国产经验丰富,模数3-5的结构简单的齿轮,起渗碳后检测公法线变形在0.09-0.16MM,20CrNi3、20Cr2Ni4、20CrNiMo和20CrMnTi材料，直接降温淬火变形大于二次加热淬火的变形，一般在0.16-0.18MM。一般内孔直径在80-120MM,其收缩量在0.12-0.30MM.

lph

对于中的碳钢合金钢，临界温度淬火！

ddfoe

7# hhhh0001


分析非常正确,有时机械设计人员只追求所谓高硬度,高强度,而不知道材料真正的使用性能,而对于特定材料,为了追求高目标,许多企业的热处理人员,都是通过调整回火温度来调整硬度和强度的,有时采用较低的的温度,有的追求高生产效率甚至减少保温时间,造成回火不充分,甚至使零件内部残留较大应力,在后续加工中不可避免的产生变形.

风来疏竹

对于中的碳钢合金钢，临界温度淬火！
lph 发表于 2009-12-20 19:26

对此类材料采用临界温度淬火，是否应该考虑工件的使用性能和结构？

所以因为

【概况】：高速钢圆锯片表面裂纹，在实际生产中很少出现。
【情况描述】：一般裂纹如因热处理应力（组织应力和热应力）所引起的话，裂纹大都发生在应力集中处，而此次发生裂纹的部位在圆锯片的端面上。
【原因分析】：圆锯片为锻打件，机加工时二个端面车削不均，造成一个端面脱碳层未清除彻底，表面存在Fe7W6，它无塑性；因表面和内部组织不同，淬火冷却后因组织应力不同，导致圆锯片表面发生裂纹。
【防止措施】：二个端面车削时应均匀。
以后再无类似现象发生。

风来疏竹

下帖反映的裂纹现象（裂纹数量）在论坛是比较少见的，凌云谷先生提出了检测的方法，讨论也不错，对此类问题的发生和分析，可以作为一个参考：
http://www.rclbbs.com/viewthread.php?tid=51783&extra=page%3D4

所以因为

论坛上有部分朋友认为，高速钢很容易变形开裂，特别是开裂。其实只要热处理工艺规范，要防止高速钢开裂的现象，在操作控制上（手法上）相应比普通材料要来的容易，那就是采用分级淬火；我接触高速钢三十余年，遇到高速钢产品开裂现象的少之又少，主要就是采用分级淬火的方法。当然，前提是原材料的质量要有保障。
另外，如果某些高速钢产品需要冰冷处理，但结构又较为复杂，那么，在冰冷处理前可先进行1次回火处理，可有效地防止开裂现象的发生。
http://www.rclbbs.com/viewthread ... p%3Bfilter%3Ddigest
http://www.rclbbs.com/viewthread ... =%B8%DF%CB%D9%B8%D6

风来疏竹

关于ZG2Cr13叶轮在高频淬火时，局部出现菊花状裂纹问题：
这批零件共13件，上下口环处（和轴联接的外圆面）要求进行表面高频感应淬火。委外处理，我和沈工去现场进行质量跟踪。
零件在高频淬火前进行过调质处理，机加工后进行表面着色探伤，结果有6个合格，有7个不合格。
取合格件进行表面高频淬火，结果在处理首件时就发现有菊花状裂纹（中间一个点，四周五条放射状裂纹，长度约10-20mm），当时现场一个高水平的老师傅顿感诧异，表示从未见过这种情况，认为是否需要修订热处理参数及冷却介质（当时的冷却介质是8%PAG），我们俩现场分析判断不是由于热处理产生的裂纹，热处理工艺参数没有问题，冷却介质也不需要改变，后来继续试淬另外几件，结果没有任何裂纹出现。
象这样菊花状裂纹的出现，如果不是原材料有缺陷问题，又有哪位高手能通过热处理来培育出这朵盛开的菊花？

所以因为

叶轮上下口环的结构其实形状是比较简单的，等于就是一个轴套。虽然材料是ZG2Cr13，硬度要求是40~50HRC，表面高频感应淬火进行空冷也是能够达到硬度要求的，且对工件的变形也是有益处的；为什么要采用8%PAG进行冷却，主要考虑的是口环的壁厚只有8mm，但要保证淬透层深2mm，如果采用空冷，因为热传导的作用，势必会使口环的内壁也淬上火，影响后序的插槽，所以在变形量能达到要求的情况下（允许椭圆0.50mm，实际0.25~0.30mm），采用8%PAG进行冷却，事实证明，内壁没有淬上火，不影响后序的插槽。
有许多朋友可能是会有担心，Cr13型马氏体不锈钢采用水溶性冷却介质难道不危险吗？应该说是没有危险性的，主要的一点就是口环的结构是基本上不存在淬裂因素的。只要变形不超差，不需要过分考虑裂纹的问题，是可以采用的。
当时首件淬火就发现菊花状裂纹，那个师傅顿感诧异，我也感到诧异；但是，我们诧异的对象是不同的，他诧异的是怎么会有“鲜花盛开”，我诧异的是他的表情，有自责写在他的脸上，认为是自己的责任，我和风来疏竹张工看了那朵“菊花”后，异口同声对他说：“这个不是你的问题，是材料的问题！”结果大家应该知道了~~~
说一句实话，我对那位师傅感应淬火的技术是非常佩服的（有六十多岁了，是上海著名热处理厂出来的），我对感应淬火说起来还算是知道一些的，但和他相比应该说有比较大的距离的；可对淬火裂纹的分析上我和他同样是存在差异的。
我走过上海许多热处理厂，在热处理裂纹分析上确实是比较薄弱的，后面还有这方面的小故事告诉大家。

玄铁令

13# 风来疏竹

工件冷却时表面冷却比心部快，表面收缩量比心部大，故表面受到拉应力，此为热应力；
正因为工件冷却时表面冷却比心部快，工件表面由奥氏体转变为马氏体就越充分越快，奥氏体转变为马氏体表现为体积膨胀，因此表面受到拉应力，此为相变应力。
开不开裂就看两者叠加后的综合拉应力是否大于工件的抗拉强度。

故乡的云

冶金阶段，也就是钢锭质量，锻压质量都要控制好！产品设计上要注意好它的结构

风来疏竹

叶轮上下口环的结构其实形状是比较简单的，等于就是一个轴套。虽然材料是ZG2Cr13，硬度要求是40~50HRC，表面高频感应淬火进行空冷也是能够达到硬度要求的，且对工件的变形也是有益处的；为什么要采用8%PAG进行冷却， ...
所以因为 发表于 2009-12-25 09:46

这虽然是一朵美丽的花，可千万不要戴在胸前，因为这不是一朵“光荣”的花
我们热处理人对此类现象在认识上应该有一个提高。