工藝因素對淬火裂紋形成的影響
工藝因素(主要是淬火加熱溫度、保溫時間、冷卻方式等因素)對淬火裂紋傾向影響較大。
1. 加熱因素的影響
淬火加熱溫度升高,熱處理應(yīng)力增大,淬火馬氏體組織粗化、脆化,斷裂強度降低,淬裂傾向增大。
就一般鋼而言,晶粒越細小,斷裂抗力越高,淬裂傾向越小,相反晶粒粗化,斷裂抗力下降,淬裂傾向增大。晶粒大小同淬火加熱溫度和淬火加熱保溫時間有直接關(guān)系。加熱溫度升高或保溫時間增長,均能使晶粒粗化,因而增加淬裂傾向。
高碳鋼提高淬火溫度,二次碳化物逐漸溶解,奧氏體中的含碳量和合金元素含量增加,增加了淬透性和淬硬性,降低了馬氏體開始轉(zhuǎn)變點,這些因素也增加了淬裂傾向。隨著淬火溫度的提高,淬裂率直線增加。
在實際生產(chǎn)中,對于淬火裂紋敏感性較大的零件;應(yīng)正確選擇淬火溫度。從防止淬裂的觀點看,應(yīng)盡量選用較低的淬火加熱溫度。
在熱處理生產(chǎn)中,因儀表控制不當,發(fā)現(xiàn)加熱溫度過高時,對一般鋼種而,則不必立即淬火,可將工件從爐中取出放在爐外冷卻,當冷卻到?jīng)]有紅色時(約500~550℃),再重新加熱到正常溫度淬火。這是利用正火,通過相變調(diào)整晶粒度,消除過熱危害的簡捷辦法。
淬火開裂與選用的加熱爐型有一定的關(guān)系,一般說來,真空爐、電阻爐、鹽浴爐淬裂傾向性小;重油爐、柴油爐、天然氣爐、燃煤爐等火焰爐淬裂傾向性大。由于后者的火焰直接加熱工件,溫度不均勻,且易過熱,容易氧化脫碳,這是淬裂率較高的主要原因。此外,在火焰爐中,因燃燒產(chǎn)物中含有大量氫氣,氫在高溫時,易滲人鋼中,助長了淬裂傾向。
2. 冷卻因素的影響
淬火冷卻方式不同,內(nèi)應(yīng)力的大小、類型和分布不同,淬火鋼的組織形態(tài)不同,斷裂抗力不同,因此淬裂傾向不同。
鋼件加熱至奧氏體狀態(tài),在淬火冷卻過程中,一方面希望快速冷卻,使奧氏體不會發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變或貝氏體轉(zhuǎn)變,也就是快速冷卻,以躲過奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖(c曲線)上的“鼻子";另一方面希望奧氏體進人馬氏體區(qū)后慢速冷卻,產(chǎn)生馬氏體轉(zhuǎn)變,實現(xiàn)淬火。
由加熱溫度冷卻到馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度的過程中,鋼的組織仍為奧氏體,奧氏體本身具有低屈服點、高塑性的特征,同時由于沒有發(fā)生組織轉(zhuǎn)變,因而也不會有組織應(yīng)力的產(chǎn)生,僅僅產(chǎn)生熱應(yīng)力。因此,在這一階段,鋼件一般不會產(chǎn)生裂紋。
當鋼件冷卻到Ms點以下的溫度,即鋼發(fā)生馬氏體相變時,體積膨脹,產(chǎn)生第二類畸變、第二類應(yīng)力及宏觀的組織應(yīng)力和熱應(yīng)力,因而易于產(chǎn)生淬火裂紋。
試驗研究表明,鋼在馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)內(nèi)緩冷可以獲得碳濃度較低的馬氏體,從而減少馬氏體的正方度和組織應(yīng)力,提高斷裂抗力。需要指出的是在點以下緩慢冷卻會使馬氏體發(fā)生自回火,冷卻速度越慢,自回火的程度越大,馬氏體中的含碳量則越低。
另一方面,在馬氏體區(qū)間內(nèi)緩慢冷卻,還能提高冷卻后鋼的斷裂抗力,從而降低鋼件的淬裂傾向。
由于在馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)間的緩慢冷卻,既能降低淬火應(yīng)力,又能提高鋼的斷裂抗力,因而馬氏體等溫淬火,分級淬火,水-油、水-空氣雙液淬火成為防止淬裂的常用工藝方法
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