1. 鋼件的冶金質(zhì)量

鋼件可用鍛件、鑄件、冷拉鋼材、熱軋鋼材加工而成，各種毛坯或材料生產(chǎn)過程中均可能產(chǎn)生冶金缺陷，或者將原料的冶金缺陷遺傳給下道工序，最后這些缺陷在淬火時可以擴(kuò)展成淬火裂紋，或?qū)е铝鸭y的發(fā)生。

鑄鋼件在熱加工工藝過程中（鋼的冶煉、造型、澆鑄、清理等），因工藝不當(dāng)，在鑄件內(nèi)部或表面可能形成氣孔、疏松、砂眼、偏析、裂痕等缺陷，這些缺陷在粗加工后，未得到消除，隨后淬火時，缺陷則是裂紋源，極易形成淬火裂紋。

鋼件毛坯中相當(dāng)多的為鍛件。鍛件毛坯可以由鋼錠直接開坯制成，也可由熱軋鋼鍛造而成。最終的冶金缺陷表現(xiàn)為縮孔、偏析、白點(diǎn)、夾雜物、裂紋等。這些缺陷對鋼的淬火裂紋有很大的影響。一般說來，缺陷越嚴(yán)重，形成淬火裂紋的傾向性越大。

偏析是在鋼錠凝固時，磷、硫、碳和氧等元素在局部地區(qū)富化的現(xiàn)象。這種鋼錠表層和中心部分產(chǎn)生化學(xué)元素?cái)?shù)量的差異，稱為鋼錠偏析。它與結(jié)晶偏析不同，前者不能通過熱處理來消除。在高合金鋼及工具鋼中，偏析使各金屬間的結(jié)合力降低，導(dǎo)致淬火裂紋的發(fā)生。碳含量明顯增加部分（碳的偏析）在熱處理時易產(chǎn)生裂紋。

用有偏析的毛坯制造零件、特別是復(fù)雜工件，淬火開裂傾向性較高。這是由于各區(qū)域化學(xué)成分不同，Ms點(diǎn)也不同，即馬氏體轉(zhuǎn)變的不同時性較大，從而造成較大的內(nèi)應(yīng)力，以致淬火開裂。

高速鋼的碳化物偏析對高速鋼刀具的裂紋形成傾向有很大影響。研究表明一旦碳化物偏析達(dá)到五級或五級以上時，按正常的溫度淬火后，形成裂紋的敏感度激增。這是因?yàn)殇撝刑己秃辖鹪剌^高的地區(qū)，在一定程度上降低了材料的熔點(diǎn)，即使在正常溫度下淬火，也易出現(xiàn)過熱或過燒組織，提高了淬火開裂的敏感性。由于軋制鋼材中的碳化物偏析，大多數(shù)集中在鋼材的心部附近，則形成中心區(qū)域碳和合金元素富集現(xiàn)象，使鋼件的心部Ms點(diǎn)降低，淬火冷卻時，心部馬氏體轉(zhuǎn)變較慢，從而造成很大的內(nèi)應(yīng)力。碳化物偏析嚴(yán)重區(qū)域淬火后，保留有較多的殘留奧氏體，在回火時，則生成較多的馬氏體，從而增加內(nèi)應(yīng)力。因?yàn)樵谔蓟锲鰢?yán)重區(qū)域與正常分布區(qū)域之間有很大的應(yīng)力集中，這些都極易產(chǎn)生裂紋。

白點(diǎn)敏感性的鋼，在冶煉、澆鑄、鍛造工藝不當(dāng)時，在鍛件上則易產(chǎn)生白點(diǎn)。白點(diǎn)實(shí)際上是細(xì)小的裂紋。這種材料在淬火時，白點(diǎn)則可成為淬火裂紋源。在尺寸較大的鍛件上如大軸、冷軋輥，淬火之后往往會出現(xiàn)延遲開裂，在裂紋擴(kuò)展時，有時還會發(fā)出驚人的巨響。白點(diǎn)的起因是由于工件心部含氫量過高所致。

非金屬夾雜物較多的鋼錠，由于熱加工工藝不當(dāng)，在軋制或鍛造之后會明顯出現(xiàn)帶狀的夾雜物。這種缺陷將提高淬火內(nèi)應(yīng)力分布的不均勻性，從而使工件的淬火裂紋敏感性增加。

經(jīng)分析，斷口上有明顯而嚴(yán)重的缺陷，裂源在缺陷處。經(jīng)能譜儀分析，缺陷為含Si、Mn、Fe等元素的復(fù)合夾雜物。自裂源附近取樣，金相組織正常。在垂直斷口的磨面上于斷口處發(fā)現(xiàn)大量的沿晶二次裂紋，表現(xiàn)出脆性特征。這與宏觀斷口是一致的。磨光金相磨面在顯微鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)斷口處及附近晶界有大量夾雜物，斷口上的夾雜物深達(dá)8mm，這是引起淬火裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致斷裂的主要原因。

具有枝晶偏析的鋼錠，經(jīng)軋制和鍛造，枝晶干和枝晶間被延伸拉長，形成流線，流線使鋼材的性能具有方向性，垂直于流線方向斷裂強(qiáng)度較低，淬火的不均勻應(yīng)力可能使工件沿流線方向產(chǎn)生裂紋。

2. 鋼件的化學(xué)成分

鋼的含碳量和合金元素對鋼的淬裂傾向有重要影響。

一般說來，隨著馬氏體中碳含量的增加，板條馬氏體逐漸變?yōu)閷\晶馬氏體，淬火顯微裂紋也會增加，從而增大了馬氏體的脆性，降低了鋼的脆斷強(qiáng)度，增大了淬火裂紋傾向。

鋼中含碳量增加時，熱應(yīng)力影響減弱，組織應(yīng)力影響增強(qiáng)。水中淬火時，工件的表面壓應(yīng)力變小，而中間的拉應(yīng)力極大值向表面靠近。油中淬火時，表面拉應(yīng)力變大。所有這些都增加了淬火開裂傾向。

合金元素對淬裂的影響是復(fù)雜的。合金元素增多時，鋼的導(dǎo)熱性降低，增大相變的不同時性；同時因合金含量增大，強(qiáng)化了奧氏體，難以通過塑性變形來松弛應(yīng)力，因而增加熱處理內(nèi)應(yīng)力，有增加淬裂的傾向。然而合金元素含量增加，提高了鋼的淬透性，可以用較緩和的淬火介質(zhì)淬火，可以減少淬裂傾向。此外有些合金元素如釩、鈮、鈦等有細(xì)化奧氏體晶粒的作用，減少鋼的過熱傾向，因而減少了淬裂傾向。

3. 原始組織的影響

淬火前鋼件的原始狀態(tài)和原始組織對淬裂的影響很大。大量的生產(chǎn)實(shí)踐證明，在結(jié)構(gòu)鋼中，鑄造狀態(tài)、鍛造狀態(tài)、焊接狀態(tài)、熱軋狀態(tài)和冷軋狀態(tài)的工件，由于管理不當(dāng)，遺漏了預(yù)備熱處理或未進(jìn)行正確的預(yù)備熱處理，常常是造成淬火裂紋的重要原因。這些狀態(tài)，由于粗大的奧氏體晶粒和嚴(yán)重魏氏組織存在，或者未得到消除，重新淬火時，這些粗大組織將被“遺傳"，使得淬火馬氏體組織粗大，脆性增大；同時，由于粗大的原始組織引起組織的不均勻性增大，內(nèi)應(yīng)力增大，這些都導(dǎo)致了淬火開裂。

在工具鋼、軸承鋼中，淬火前原始組織中的珠光體的形態(tài)、數(shù)量和分布，以及碳化物的溶解數(shù)量、形態(tài)和分布對淬火開裂的傾向有很大的影響。

片狀珠光體與球狀珠光體相比，在加熱溫度偏高時易引起奧氏體晶粒長大，容易過熱，所以對原始組織為片狀珠光體的鋼件，必須嚴(yán)格控制淬火加熱溫度和保溫時間。否則，將因鋼件過熱導(dǎo)致淬火開裂。

具有球狀珠光體原始組織的鋼件，在淬火加熱時，因?yàn)榍驙钐蓟锉容^穩(wěn)定，在向奧氏體轉(zhuǎn)變過程中，碳化物的溶解較慢，往往殘留少量的碳化物，這些殘留碳比物阻礙了奧氏體晶粒長大，與片狀珠光體相比，淬火可以獲得較細(xì)的馬氏體。另外，球狀珠光體的比體積也較片狀珠光體的大，所以淬火后球狀珠光體比體積變化小。因此原始組織為均勻球狀珠光體的鋼對減少裂紋來說，是淬火前較理想的組織狀態(tài)。實(shí)踐證明，片狀珠光體較球狀珠光體淬裂傾向性大，在片狀珠光體中，片間距越小，淬裂傾向性越大。

在工具鋼中碳化物不均勻性對形成裂紋也有一定的影響。退火后網(wǎng)狀分布的碳化物是不允許的，這不僅因?yàn)殇摰拇懔褍A向高，而且網(wǎng)狀碳化物的存在能降低工具的使用性能。

生產(chǎn)中，常常產(chǎn)生重復(fù)淬火開裂現(xiàn)象。這是由于二次淬火前未進(jìn)行中間正火f或中間退火所致。未經(jīng)退火而直接二次淬火重新加熱時，奧氏體晶粒極易顯著長大，引起過熱。因?yàn)樵诖慊鸾M織中沒有阻礙奧氏體晶粒長大的碳化物存在。進(jìn)行中間退火可使鋼中二次碳化物重新出現(xiàn)，致使重新淬火加熱時晶粒的長大受到一定的限制。另外，雖然淬火前的加熱能減少前一次淬火時的內(nèi)應(yīng)力，但是并不能完全消除。因此也需要退火來完全消除。最后，在多次重復(fù)淬火時，鋼件表面含碳量越趨降低，從而表層將形成細(xì)珠光體或碳含量較低、比體積較小的馬氏體，內(nèi)部形成淬火馬氏體。因表層組織的比體積小于內(nèi)部的淬火組織，亦即由于內(nèi)層比體積大而膨脹的結(jié)果，使表層受到強(qiáng)烈拉應(yīng)力的作用。這種拉應(yīng)力是造成裂紋的主要原因。

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