热处理缺陷

热处理缺陷
一、淬火裂纹
（一）淬火裂纹的类型和特征
1. 纵向裂纹：沿工件纵向分布，裂纹较深而长，一条或几条。

产生原因：完全淬透，温度升高，裂纹倾向增大，尺寸较长而形状复杂的工件易产生纵向裂纹
2. 横向裂纹：裂纹垂直于轴向，断口形貌由中心向四周发散，易长生于尺寸较大的工件，由于内外层马氏体相变不同时，相变应力较大产生
3. 表面裂纹：呈网状，深度较浅，高频或火焰淬火时，加热未达到奥氏体化温度就快冷火加热到临界温度以上后冷速
慢
4. 剥离裂纹：表面淬火工件，表面淬硬层剥落或化学热处理后沿扩散层出现的表面剥落称玻璃裂纹。

裂纹平行于工件表面，潜伏在表皮下。

5. 淬火裂纹微观特征：抛光态下，曲折刚直，多沿晶扩展，也有穿晶、混晶扩展，裂纹两侧无脱碳，断口上无氧化色，呈脆性沿晶或混晶断裂。

（二）淬火裂纹形成机理
钢中奥氏体向马氏体转变时体积增大所产生的应力导致淬火裂纹。

当钢淬火冷却时，在首先达到M s点温度的工件外层率先形成马氏体，发生体积膨胀，产生应力，外表面的马氏体膨胀几乎不受限制。

继续冷却当靠近中心部位的材料到达M s点温度时，新生的马氏体膨胀收到早已形成的外层马氏体的限制，产生使表面张开的内应力。

当马氏体大量形成所产生的内应力大于零件外层淬火状态的马氏体强度时，便出现开裂。

（三）影响淬火裂纹的因素
1. 钢的化学成分：含碳、铬、钼、磷高易引起裂纹
2. 材料缺陷：发纹、气泡、碳化物偏析、非金属夹杂、过热、折叠、微裂纹等
3. 钢件形状结构：截面急剧变化的工件，有尖角、缺口、孔洞、槽口、冲压标记、刻痕、加工刀痕等应力集中部位易发生。

4. 淬火前原始组织：球状珠光体比片状珠光体不易产生淬火裂纹，因球状珠光体淬成马氏体时其比容变化小、应力小
5. 淬火温度
淬火温度高易产生裂纹，奥氏体晶粒粗大，淬透性提高，淬裂倾向大。

淬火温度与淬火裂纹发生率之间有三种情况：
1）对于小型零件，淬火温度高，淬火裂纹发生率高
2）对于大型零件，淬火温度高，淬火裂纹发生率低
3）对于中型零件，裂纹发生有个转变温度
6. 冷却速度
冷速快，使表面产生压应力，内层为张应力，这种应力不易产生裂纹，但冷到马氏体转变点以下时产生相变应力，表面为张应力，易产生淬火裂纹。

二者之和为正时，易发生淬火裂纹，反之不易产生。

二、回火脆性
1. 第一类回火脆性（超高强度钢）
钢在200-350℃回火，特征是冲击韧性下降，沿晶脆断，原因是碳化物沿晶界析出和杂质元素（磷、硫）等沿晶界偏聚。

2. 第二类回火脆性（合金钢、铬镍钢）
在450-600℃回火，或时效后慢冷，产生晶界脆化和沿晶断裂。

机理：微量杂质元素向晶界迁移及偏聚。

如锑、锡、磷、硫等。

合金元素中，镍、锰、铬促进杂质元素的偏聚。

钼、钛则起阻碍作用。

3. 回火裂纹
淬火钢回火时，因快速加热或快速冷却发生裂纹为回火裂纹。

1）快速加热产生裂纹：淬火马氏体组织在300℃时发生收缩，当快速加热时，表层产生收缩，而内部已然处于膨胀状态，使表层收到张丽而发生裂纹，形似磨削裂纹。

2）从回火温度（500-650℃）高铬模具钢快冷时产生裂纹，原因残余奥氏体淬火产生马氏体，有相变应力，与淬火裂纹相同。

三、淬火变形
1. 淬火变形种类
淬火变形分为尺寸变化和形状变化。

尺寸变化：由相变引起膨胀或收缩使零件尺寸变化（长短粗细）
形状变化：零件自重引起下垂和应力变化引起形状改变（翘曲、弯曲、扭曲）
2. 引起尺寸变化的因素
相变引起膨胀和收缩，由奥氏体转化为其他组织时的相变膨胀有大到小顺序如下：奥氏体→马氏体→贝氏体(1/3)→珠光
体(1/4)，马氏体产生的膨胀穗港的含碳量升高而升高。

常温下，残余奥氏体转变为马氏体时也发生尺寸变化，同样，冷处理或回火也由于发生组织变化而引起零件的尺寸发生变化。

3. 引起变形的原因
变形主要是由于钢的内应力和外应力引起的。

内应力主要是由于温度分布不均匀和相变引起的。

外应力引起的变形主要是零件本身的自重带来的。

1）加热对变形的影响：大型零件加热不均，在加热过程中
发生变形，加热速度越快、零件越大、截面变化越大，则变形越大。

这是由于加热时产生的热应力是由温度分布不均匀、温度梯度引起的。

2）冷却对变形的影响：冷却不均所产生的热应力是变形的
主要原因，零件表面和心部存在着冷却速度差异，也会产生热应力。

3）残余应力对变形的影响：机加工引起，大型零件应进行消除应力退火。

四、其他缺陷
1. 冷处理裂纹：淬火应力与残余奥氏体转变为马氏体的相变应力叠加产生的裂纹为冷处理裂纹，其形态与淬火裂纹相似，
大型零件易发生。

因此，在冷处理钱，工件应进行100-200℃的回火，时间为一小时。

2. 自生裂纹：淬火后不及时回火，长时间停留，常温下残余奥氏体不断转变为马氏体，发生体积膨胀，往往会发生开裂，因此，淬过火的零件最好在三小时内回火。

高碳钢较易发生。

3. 磨削烧伤：切削时，瞬时高温可达400-1500℃，易发生磨削烧伤。

特征：其表面出现蓝色或者黄色的回火颜色。

烧伤可分为全面烧伤、斑状烧伤、均匀线条状烧伤、周期性线条烧伤，根据表层显微组织变化的性质可分为回火烧伤和淬回火烧伤。

回火烧伤时，表面显微组织出现高温或中温回火组织，淬回火烧伤时，表层为二次淬火马氏体，次表层为高温回火组织。

原因：用孔眼被堵塞的砂轮磨削或磨削过度、切削量过大、冷却条件差。

4. 磨削裂纹：
1）磨削裂纹的形状：
第一种磨削裂纹呈龟裂状
第二种磨削裂纹垂直于磨削方向
2）形成机理：磨削在100℃时，表面马氏体产生第一次收缩而内部仍处于膨胀状态，使表面受到张应力产生龟裂，若磨削量过大，表层温度达300℃时发生第二次收缩，产生第二种磨削裂纹。

防治措施：必须回火后进行磨制，即在100-200℃时回火。

300℃左右回火，可防止第二种裂纹，但结构钢在300℃会出现回火脆性，因此要严格控制磨削工艺。

5. 淬火软点：淬火零件上未淬硬的部位为淬火软点。

原因：局部区域冷速较慢，水淬时产生蒸汽膜，使冷速减慢；淬火现场空气的湿度高，零件表面脱碳
6. 淬而不硬：
原因：奥氏体化温度不充分，冷却速度不够，混料。