热处理缺陷 之变形开裂（随谈）

kingmetal

最近生产一种耐热钢铸件，结构有点复杂，在回火后空冷的过程中在低温下产生裂纹，淬火温度1020度，回火温度720度，产生裂纹大约在200度左右，请高手指点，怎么解决？谢谢

所以因为

不知采用的是什么冷却介质？是否在淬火时就已经产生了裂纹？您是怎样确定是在回火后空冷的过程中在低温下产生裂纹的？

风来疏竹

最近生产一种耐热钢铸件，结构有点复杂，在回火后空冷的过程中在低温下产生裂纹，淬火温度1020度，回火温度720度，产生裂纹大约在200度左右，请高手指点，怎么解决？谢谢
kingmetal 发表于 2009-12-26 10:01

请问产生裂纹的部位是否在应力集中处？

孤鸿踏雪

不同因素对淬火变形的影响
     1.淬透性的影响
     当钢件具有较高淬透性时，则淬硬层厚，组织转变应力起主导作用。结构对称的工件淬火时，直径收缩，长度增大，内孔胀大；结构不对称的工件快冷面凹陷，慢冷面凸起。
     当钢的淬透性较差时，淬硬层薄，热应力起主导作用。结构对称的工件直径增大，长度缩短，内孔变小； 结构不对称的工件快冷面凸起，慢冷面凹陷。
     2.马氏体转变临界点（Ms）的影响
     Ms点高，则马氏体相变时的心部奥氏体温度高，强度低，在应力作用下易发生塑性变形，助长了以组织转变应力为主导的变形趋势，如中碳钢套筒淬火后，内孔胀大。
     Ms点低，则与上述情况相反，增大以热力为主导的变形趋势，如合金钢套类工件，淬火后内孔收缩。
     3.钢的合金化的影响
     钢的化学成分影响钢的淬透性和Ms点温度，故成分不同，变形趋势亦不同。低碳钢淬火多以热应力为主导；中碳钢则以组织应力为主导；高碳钢以热应力为主导，但具有明显的相变体积效应。一般钢种，合金元素含量较高，Ms点愈低，淬火后残余奥氏体（A′）量较多，而强度愈高，则应力引起的变形愈小，多以热应力为主导。
     4.冷却速度的影响
     根据钢在冷却过程中组织转变的特性，在Ms点以上增大冷却速度（双液淬火或单液淬火）将增加热应力引起的变形趋势；在Ms点以下增大冷却速度，将增加组织应力为主流的变形趋势，一般采用水或盐水冷却，多以热应力为主导；采用油或硝盐分级淬火时，则多以组织应力为主导。
     钢件采用不同冷却介质（冷却速度）淬火时，其变形程度由大到小依次为：水冷、油冷、热浴冷却、空冷。
     5.淬火温度（TA）
     淬火温度提高，温差增大，热应力相应提高；同时，由于奥氏体中固溶了较多的合金元素增加了淬透性，加深了淬硬层，组织应力也相应提高，从而增大了变形量。但对高合金钢而言，由于提高TA，增加了奥氏体中的含碳量和合金元素含量，从而提高了奥氏体强度和残余奥氏体量（A′），反而使变形倾向减小。
     6.原始组织状态的影响
     钢的原始组织状态不同，淬火变形量亦不同。索氏体淬火后变形量小于珠光体淬火的变形量；粒状珠光体（球化组织）小于片状，所以常采用球化退火改善钢的原始组织，不仅改善了钢的切削加工性能，而且可降低最终热处理淬火的变形量。
     7.碳化物分布状态的影响
     钢中碳化物分布状态不同，则淬火后的变形量亦不同。因为加热和冷却的循环，大多导致金属基体长度的增大。而碳化物的作用象尖钉一样，在缓慢加热时能限制基体的膨胀，在淬火时则有积极制止收缩的作用。
当温度变化而引起尺寸的改变，再加上相变和基体的膨胀时，则碳化物的分布状态对工件尺寸的各向异性的影响将更加显著。因此，钢件经强烈锻造，在某一方向变形剧烈，使碳化物呈带状分布时，将使变形沿碳化物方向增大，垂直于碳化物方向减小。
     8.工件尺寸的影响
     工件截面尺寸大小，对淬火应力的分布影响很大。基本淬透时，一般按组织应力型分布。工件直径（厚度）越大，应力值越大，拉应力向心部移动，不易开裂；工件直径越小，应力值小，也不易开裂。可见，有一危险淬裂尺寸，如碳素钢水淬时为φ8～15mm；合金钢油淬时为φ25～40mm。若工件不能淬透时，则按热应力型分布，即表面受压力，心部为拉应力，但心部的拉应力大于表面的压应力，且轴向应力大于切向应力。当工件尺寸减小时，由于未淬透的截面减小，而使心部拉应力升高，同时轴向应力大于切应力，工件易产生横向裂纹或弧形裂纹。心部拉应力升高的原因在于淬透层与未淬透层的组织不同。
     9.加热速度的影响
     当工件采用快速加热时，由于增大了工件心、表的温差，导致工件截面胀缩出现强烈不均匀。因此，在模具热处理中，有的模块在加热过程已产生强烈扭曲变形，这是不少人极易忽视的。模具钢一般具有较高的含碳量和合金元素含量，导热性很差，因此，模具热处理多采用冷炉冷料缓慢加热，有时，还采用梯度加热的方式进一步控制加热速度，有避免热冲击引起变形的作用。当高合金钢大型模块采用箱式电阻炉加热时，应在模块底部加装垫铁，当中小模块采用盐浴炉加热时，应在箱式电炉内不低于两次的预热后方可进行浴炉加热。
     10.应力集中作用的影响
     在工件淬火之前，由于其它各种应力未能予以分步骤消除，已在工件某些区域形成叠加再分布，从而可能使工件已产生一定程度的变形，淬火应力将助长这种变形趋势，使工件产生强烈扭曲、弯曲和翘曲，甚至开裂。

所以因为

我公司生产的长轴泵上所用的轴套，材料45#，轴套的尺寸：直径80mm，长120mm，壁厚10mm，要求调质处理。
轴套委外热处理回来，在车削加工时连续发现裂纹现象，这批轴套一共112件，经检查发现此批轴套全部存在开裂现象。
当时我并不知情，机加工车间已经重新投了一批料在热处理了（委外，同一热处理单位），我在看了裂纹形状（裂纹形状无规则，内外壁都存在）和了解情况后，对机加工车间的技术人员说：“第二批是一个下场，同样全部开裂！”他们口头不说什么，我却知道他们对我的结论是持怀疑态度的，但事实证明果不其然~~
大家是否能根据我提供的上述情况，发表自己的看法呢？

耿建亭

125# 所以因为
有效厚度在临界淬裂危险区。
分级淬火、压低淬火温度淬火、双液淬火等可减小开裂概率，
如要完全消除淬火裂纹，并且热处理操作简单，建议更换材料。
如果强度不影响，可换淬透性差一点的材料，如30钢，也可更换淬透性好的如40Cr等。
个人意见，不足为凭。

耿建亭

121# kingmetal
降低回火后的冷却速度。
个人意见，不足为凭。

所以因为

淬裂的敏感尺寸：
碳素钢淬裂的敏感尺寸大约为8~15mm，低合金钢淬裂的敏感尺寸大约为25~40mm。
耿工在126楼回复指出了问题的疾症所在，而委外的热处理厂家根本没有意识到这一点（我去过几次这个单位，凭我对厂家的了解，我是知道的）。在发生第二次全部开裂的情况下，他们给我来了电话，从交谈中得知他们确实是不明白其“所以因为”的~~~

所以因为

125# 所以因为
有效厚度在临界淬裂危险区。
分级淬火、压低淬火温度淬火、双液淬火等可减小开裂概率，
如要完全消除淬火裂纹，并且热处理操作简单，建议更换材料。
如果强度不影响，可换淬透性差一点的材料，如 ...
耿建亭 发表于 2009-12-26 15:46

我公司生产的长轴泵上所用的轴套，在选材上确实也是存在问题的；应该说机械设计人员大都（包括一部分我们自己行业人士）对材料的临界淬裂危险尺寸的认识是存在盲区的，或者是说忽视的。
如果这样规格的轴套采用40Cr材料，我所说的现象就完全可以避免发生了。

霜月

125# 所以因为
最近我们也遇到了这种情况，原本该零件是不需要热处理的，但在使用中发现磨损严重，设计人员在更改图纸时我正好出差了，就未征求其他热工艺人员的意见。
我们采用亚温淬火挽救了该批零件，图纸材料更改为40Cr。

所以因为

125# 所以因为
最近我们也遇到了这种情况，原本该零件是不需要热处理的，但在使用中发现磨损严重，设计人员在更改图纸时我正好出差了，就未征求其他热工艺人员的意见。
我们采用亚温淬火挽救了该批零件，图纸材料 ...
霜月 发表于 2009-12-27 10:30

在工件选材不合理的情况下，如果采用合适的热处理工艺，是完全可以避免其缺陷产生的。

xiaowei181

是棒料钻孔后再做的热处理吧？估计机加工时产生大量的微裂纹，热处理后应力作用下开裂

所以因为

是棒料钻孔后再做的热处理吧？估计机加工时产生大量的微裂纹，热处理后应力作用下开裂
xiaowei181 发表于 2009-12-27 13:01

机加工不当确实会产生机加的痕迹，相当于表面的微裂纹。
我觉得材料还可能存在着内部缺陷，几种不利因素的叠加，导致轴套的全部开裂。而问题主要的疾症所在，还是对材料的临界淬裂危险尺寸的认识不足。

孤鸿踏雪

再来为这个帖子烧把火：
     对凸轮轴磨削裂纹进行观察分析，裂纹呈网状，相当于100#帖所述的第二类磨削裂纹。该件选用S20C钢，经锻造、正火、切削加工、渗碳、淬火和回火后再进行磨削。观察发现：裂纹沿网状渗碳体形成。为防止这类磨削裂纹的产生，可采用以下两种不同的方法。
     第一种方法：为防止网状渗碳体的形成，采用下述方法：（固体渗碳：940℃×4h，箱中冷却；调整晶粒：900℃×0.5h，油淬；淬火：780℃×0.5h，水淬；回火：220℃×2h，空冷。
     第二种方法：为切断网状渗碳体，采用下述方法：渗碳：900℃×4h，箱中冷却；退火：800℃×1.5h，箱中冷却；淬火：780℃×0.5h，水淬；回火：220℃×2h，空冷。
     用上述两种方法处理的凸轮轴在磨削时，均未产生磨削裂纹。在显微组织中也未发现有渗碳体析出。但前者比后者组织细而均匀，而后者的弯曲量比前者小50%。

风来疏竹

对有效厚度在临界淬裂危险区的工件，采用硝盐等温淬火（温度160~180℃），不但能防止裂纹的出现，更能有效地减少细小单薄工件的变形。
碳素钢材料的工件，在此尺寸范围的，也完全能达到性能要求。

所以因为

对细长工件的变形控制，除了采用合理的工艺（盐浴静止淬火）外，再注意操作细节，就能取得成功。
http://www.rclbbs.com/viewthread ... p%3Bfilter%3Ddigest

风来疏竹

对细长工件的变形控制，除了采用合理的工艺（盐浴静止淬火）外，再注意操作细节，就能取得成功。
http://www.rclbbs.com/viewthread ... p%3Bfilter%3Ddigest
所以因为 发表于 2009-12-29 17:11

热处理缺陷往往有几种不利因素的叠加而出现，同样的是，热处理缺陷的避免也是需要几种合理细节的配合，才能取得成功。

caogzh

尽量采用较低的淬火温度

所以因为

尽量采用较低的淬火温度
caogzh 发表于 2009-12-30 10:40

我们过去生产的各种规格的环规，材料GCr15，常规淬火温度860℃，对于比较大的尺寸的环规，采用的就是比较低的淬火温度，（840℃），对减少变形有帮助，并进行一次750℃的预热。

毛尖

139# 所以因为
对有些材料采用更高温，得到板条马氏体，提升了韧性，有时对其使用过程中开裂有减小作用。