热处理淬火开裂及预防

热处理淬火开裂及预防

在工件热处理过程中，淬火开裂是一种常见的现象，它对工件的机械性能、使用寿命等有重大影响，加强对热处理淬火开裂问题的讨论和预防，对公司企业产品质量的提高及经济效益等有重大意义。

一、淬火裂纹

（1）淬火裂纹是热处理应力超过材料的锻裂强度时引起的开裂现象。

（2）裂纹现象 裂纹呈断续的串联分布，断口有淬火油或盐水的痕迹，无氧化色，裂纹两侧也无脱碳现象。

二、淬火开裂的原因

1、由人为因素、淬火工艺不当等因素造成的。

（1）材料管理混乱 误把高碳钢或高碳高合金钢当做低、中碳钢使用，采用水淬，或者淬火液选择不当；有的淬火油中混入水，使冷却速度

不均匀等。

（2）淬火加热温度过高，或者在高温下保温时间过长，引起晶粒粗化，组织粗大，晶界弱化，如过热组织，就大大降低了钢的力学性能，使钢

的脆断强度降低，很容易产生淬火开裂。

（3）冷却不当 在Ms温度以下快冷，因组织应力大引起开裂。如水-油双介质淬火。在水中停留时间长，淬火油中含有过多水份。

（4）未淬透工件心部硬度为36～45HRC时，在淬硬层中和非淬硬层交界处易形成淬火裂纹。

（5）重复淬火前未经中间退火，过热倾向大，前项淬火的应力未能完全消

除，以及多次加热引起表面脱碳，都会促使淬火开裂。

（6）大截面高合金钢工件，淬火加热时未经预热或加热速度过快，加热时热应力和组织应力增大，引起开裂。

（7）高速钢、高铬钢分级淬火，工件工件未冷至室温，急于清洗（Ms以下快冷）引起开裂。

（8）深冷处理因急冷急热形成的热应力和组织应力都比较大，且低温时材料的脆断强度低，易产生淬火开裂。

（9）淬火后未及时回火工件内部的显微裂纹在淬火应力作用下扩展形成宏观裂纹。

（10）淬火后产生应力不平衡，未使工件开裂，但在后来机加工中或者在搬运过程中，受外力过大，造成开裂。

2、内部组织不良原因造成的

(1)严重表面脱碳易形成网状裂纹。严重脱碳的高碳工具钢工件，脱碳层

马氏体比未脱碳层马氏体体积小，收到拉应力作用易形成网状裂纹。

（2）原始组织不良，如高碳钢球化质量欠佳，其组织是细片状珠光体或点状珠光体，过热倾向大；晶粒粗化，马氏体碳含量高，淬火开裂倾向

大。

（3）原材料显微裂纹，非金属夹杂物，严重碳化物偏析淬开裂倾向大，如非金属夹杂物或严重碳化物沿轧制方向形成带状分布，由于力学性能

的各向异性，其横向性能比纵向性能低30%～50%，在表面最大拉应力作

用下。常沿非金属夹杂物或碳化物分布方向呈纵向裂纹。

（4）淬透性低的钢，用钳子夹持淬火时，被夹持部位冷却速度慢在非马

氏体组织，钳口位于淬硬层与非淬硬层交界处，其拉应力大，容易开裂。

3、设计工艺不合理等原因造成开裂。

（1）内径较小的深孔工件（如机筒），由于内表面冷却速度较外表面小的多，残余热应力小，所受的残余拉应力较外表面大，外壁较内壁收缩的

快，因此如果加上材料偏析，内壁就容易开裂。

（2）工件的尖角、孔、截面突变及粗加工刀痕等因冷却速度不均，应力集中引起开裂。

（3）具有最危险淬火尺寸的工件易形成淬火裂纹。工件的全部淬透时有一最危险的的淬火尺寸，其直径（或厚度）是：水淬时约8～15㎜；油

淬时约25～40㎜。尺寸小于最危险的尺寸时，心部与表面温差小，淬

火应力小，不易开裂。工件尺寸大于最危险尺寸时，淬火应力虽然大，

但拉应力峰值远离表面，淬火倾向反而减小。只有中间某一尺寸（最危

险尺寸）的工件，拉应力峰靠近表面，且数值也较大对淬裂最敏感。

4、典型裂纹现象

（1）锻造裂纹在淬火时扩大，在普通炉内淬火加热时，开裂的破断面有

黑色的氧化皮，裂纹两侧有脱碳层。

（2）过烧裂纹。 裂纹多呈网状，晶界有氧化或熔化现象。

三、淬火开裂的防止措施：

（1）原材料应避免显微裂纹，及严重的非金属夹杂物和材料组织偏析。

（2）合理选择钢材，形状复杂容易开裂的工件，应选择淬透性高的合金钢制造，以便采用冷却速度缓慢的的淬火介质，减少淬火应力。

（3）改进工件结构，截面力求均匀，不同截面处有圆角过渡，尽量减

少不通孔、尖角、避免应力集中引起开裂。

（4）正确预先热处理，避免正火、退火组织缺陷（魏氏组织等）。

（5）正确选择加热参数。减少因加热温度过高、加热速度过快等原因

引起的开裂。

（6）正确的选择淬火介质和淬火工艺（方法）。

（7）合理的安排热处理工艺，尽量减少截面突变等容易引起冷却速度不 均匀，应力增大的开裂现象。

（8）对工件容易开裂的部位，如尖角、薄壁、孔等进行局部包扎。

1、（9）易开裂的工件淬火后应及时回火或带温回火纵向裂纹亦称轴向裂纹，

是典型的组织应力（切向应力）引发的裂纹，由表面向内开裂，裂纹深而长。常发生与脆透的工件。钢中有严重的带状碳化物偏析或沿纵向排列的非金属夹杂物等缺陷会增大形成纵向裂纹的敏感性。

2、横向裂纹或弧状裂纹，裂纹经常发生于工件尖角处。未淬透的高碳钢件或渗碳

件的过渡区易产生拉应力峰值，此类裂纹常萌生于一定深度的表层或工件内部。

淬火件上有软点时，也易形成细小的弧性形裂纹。

3、内孔纵向裂纹钢的淬透足够大时内孔表面的内应力以组织应力为主，切向应

力较大，易在内孔壁上形成纵向分布的裂纹，从端面看呈放射状。

4、截面薄厚悬殊引起的淬火裂纹冷却时在薄厚相差悬殊的部位马氏体相变的

时间差很大，形成很大的组织应力，以至产生裂纹。例如小件头部毛坯裂纹。5、应力集中引起裂纹钢件上有尖角、缺口等存在的情况下，易在淬火时造成

应力集中而产生裂纹，尤其在应力集中和截面急剧变化的共同作用下淬裂危险更大。