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机床零件淬火裂纹简单分析

发布时间:13-09-16 关注次数:

淬火是目前用来提高钢件机械性能的一种行之有效的方法。通过淬火及回火,可以大幅度提高钢的强度、韧性及疲劳强度,并可获得他们之间的各种配合,以满足不同的需要。钢件淬火时伴随着一 种组织转变---马氏体转变,马氏体是一种脆性相,在宏观淬火内应力的作用下容易使钢件产生淬火裂纹。在机床零件加工的过程中淬火裂纹是零件较严重的热处理缺陷之一,导致零件报废,既浪费了材 料与加工费用,又影响了生产,造成了一定的经济损失。因此,分析钢件产生淬火裂纹的原因,找出其规律,采取预防措施是很必要的。    综述:

淬火裂纹是由许多因素造成的,有其内部的原因,也有其外部的原因。总的来说,马氏体的本质脆性是淬火裂纹的内因,而马氏体的晶体结构、亚结构、化学成分、冶金缺陷等是马氏体本质脆性的 影响因素;钢件的宏观淬火内应力来源于加热和冷却过程中的热应力和组织应力是造成淬火开裂的外因。下面将从微观到宏观,从内部到外部对钢件的淬火裂纹进行分析,并采取措施防止裂纹的发生。

马氏体本质脆性—钢件淬火裂纹的内因

众所周知,中高碳钢淬火后,其韧性低,脆性大,易产生显微裂纹和宏观开裂。这主要是由马氏体的本质脆性决定的。而马氏体的本质脆性又决定于马氏体的碳固容量、亚结构、显微应力及显微裂 纹。

1.马氏体中的碳固容量

马氏体是碳在α-Fe中的溶解度极小(《0。02%》α-Fe中容纳过量碳的结果,必将使其晶格发生畸变,晶格中过饱和的碳原子强烈地消弱了铁原子间的结合力。因此,随着马氏体中碳固容量的增加, 钢件脆性倾向增大。    

2马氏体的亚结构

板条马氏体是由高密度的位错组成的,板条马氏体中的位错易于滑动,其可动性比孪晶大,位错的运动能缓和局部区域的应力集中,延迟裂纹形核,其韧性好、脆性小。片状马氏体中的大量细小孪 晶使华亿变形不易进行,降低了其塑性和韧性,易于诱发裂纹,脆性较大。

3马氏体中的显微裂纹

马氏体形成时容易产生显微裂纹,这是指在中高碳钢中,而低碳钢的马氏体组织中难以形成显微裂纹。这是因为低碳马氏体为平行的板条,相互碰撞的机会少,且本身的塑性高,可以通过变形而使 应力松弛,不易产生显微裂纹。而高碳马氏体内由于马氏体片相互碰撞,片状马氏体又不能作相应的形变来消除应力,造成碰遇处得应力场,当应力足够大时就形成显微裂纹。这种先天的缺陷使高碳马 氏体进一步增加了脆性,在其它应力的作用下,显微裂纹可能发展为宏观开裂。

影响形成显微裂纹的因素很多,如淬火介质的温度,马氏体的形成量,奥氏体的原始晶粒大小,马氏体的长度和厚度等。当淬火介质的温度由40℃降到负50℃的时候,显微裂纹剧烈增多,在此温度 范围内,马氏体数量也增加较快。马氏体片愈粗大,则形成显微裂纹的敏感度愈大,奥氏体晶粒越粗大,马氏体往往愈大,先形成的马氏体片为其它马氏体碰撞的几率越大,或碰撞遇到晶界的几率也愈 大,形成显微裂纹的敏感度愈大。

在实际生产中,对高碳钢可采用较低的淬火温度,缩短保温时间,采用等温淬火活淬火后及时回火,可降低或避免高碳马氏体中显微裂纹的产生。

以上讨论了马氏体的本质脆性和马氏体的显微裂纹。马氏体的显微裂纹是由于马氏体片互相碰撞,在碰遇处产生应力及应力集中造成的。但是这类应力不足以使钢件产生宏观开裂,只有在淬火宏观 应力及其它外力的作用下才能引起工件的宏观开裂。
 

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