淬火裂紋是指在淬火過程中或在淬火后的室溫放置過程中產(chǎn)生的裂紋，后者又叫時效裂紋。裂紋的分布沒有一定的規(guī)律，但一般容易在工件的尖角、截面突變處形成。造成淬火開裂的根本原因是拉應(yīng)力超過材料的斷裂強度，或者雖未超過材料的斷裂強度，但材料由于存在內(nèi)部缺陷也會發(fā)生開裂。造成淬火開裂的具體原因很多，分析時應(yīng)根據(jù)裂紋特征加以區(qū)分。

  2 淬火裂紋的成因：馬氏體的本質(zhì)脆性是淬火裂紋的內(nèi)因，而馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分、冶金缺陷等是馬氏體本質(zhì)脆性的影響因素；各種工藝條件、零件尺寸形狀等引起的宏觀內(nèi)應(yīng)力的大小、方向、分布狀態(tài)等是淬火裂紋的外因。下面將從微觀到宏觀，從內(nèi)部到外部對鋼件的淬火裂紋進(jìn)行分析。

  2.1 馬氏體本質(zhì)脆性—鋼件淬火裂紋的內(nèi)因。

  眾所周知，中高碳鋼淬火后，其韌性低，脆性大，易產(chǎn)生顯微裂紋和宏觀開裂。這主要是由馬氏體的本質(zhì)脆性決定的。而馬氏體的本質(zhì)脆性又決定于材料的冶金質(zhì)量、含碳量和合金元素、原始組織狀態(tài)、馬氏體的組織結(jié)構(gòu)、顯微應(yīng)力及顯微裂紋等。

  2.1.1 材料冶金質(zhì)量

  縮孔和嚴(yán)重的軋制缺陷造成材料明顯的不均勻性，這時材料是不宜進(jìn)行熱處理的。而不少材料的冶金缺陷均可能單獨與宏觀或微觀的內(nèi)應(yīng)力發(fā)生作用，促發(fā)淬火裂紋。這些冶金質(zhì)量問題包括：宏觀偏析、固溶體偏析、固溶氫、鍛軋缺陷、夾渣、鐵素體珠光體帶狀組織及碳化物帶狀組織等。

  2.1.2 材料含碳量和合金元素

  含碳量增加將降低馬氏體的斷裂強度。根據(jù)脆性固體理論斷裂強度：，其中E、d值與含碳量相關(guān)，含碳量提高，馬氏體中鐵原子間結(jié)合力降低，彈形模量也降低，鋼的斷裂強度也隨之降低。碳量增加，d值增加，使斷裂強度降低。

  而合金元素對淬火裂紋的影響不一，例如Mn、Cr、V、Mo等元素與C一樣，隨其含量的增加而淬裂傾向變大。然而，B元素較為特殊，B能有效地提高淬透性。稀土元素對淬裂的影響研究甚少，說法不一。適量的稀土元素可減少位錯移動所需要的摩擦力，因而有降低脆性破斷傾向的作用。稀土元素富集于晶界，可凈化和強化晶界，使P等雜質(zhì)難以再偏集于晶界，可能起到減輕沿晶斷裂的作用。

  2.1.3 原始組織狀態(tài)

  除了鋼中的化學(xué)成分以外，淬火前的原始組織結(jié)構(gòu)對洋裂的影響也很大。例如，片狀珠光體；馬氏體和貝氏體等非平衡組織；不均勻、網(wǎng)狀碳化物；非金屬夾雜物；鍛造過熱組織及流線等均可能導(dǎo)致或促發(fā)淬火開裂。

  2.1.4 馬氏體中的顯微裂紋

  馬氏體形成時容易產(chǎn)生顯微裂紋，這是指在中高碳鋼中，而低碳鋼的馬氏體組織中難以形成顯微裂紋。這是因為低碳馬氏體為平行的板條，相互碰撞的機會少，且本身的塑性高，可以通過變形而使應(yīng)力松弛，不易產(chǎn)生顯微裂紋。而高碳馬氏體內(nèi)由于馬氏體片相互碰撞，片狀馬氏體又不能作相應(yīng)的形變來消除應(yīng)力，造成碰遇處得應(yīng)力場，當(dāng)應(yīng)力足夠大時就形成顯微裂紋。這種先天的缺陷使高碳馬氏體進(jìn)一步增加了脆性，在其它應(yīng)力的作用下，顯微裂紋可能發(fā)展為宏觀開裂。

  2.2 淬火宏觀內(nèi)應(yīng)力—鋼件淬火裂紋的外因

  2.2.1 零件尺寸和形狀

  對普通鋼而言，過細(xì)或過粗的工件一般不會淬裂，大和久重雄認(rèn)為，水中淬火時，臨界直徑正是淬裂的危險尺寸。臨界直徑是工件在一定的淬火介質(zhì)中冷卻時，心部恰好能夠得到50%馬氏體那樣大小的直徑。

  淬火開裂與工件的形狀有密切的關(guān)系，鋼件形狀影響淬火應(yīng)力的大小和分布。工件上的缺口、尖角、溝槽、孔穴及斷面急劇變化的部位都是淬火內(nèi)應(yīng)力集中處，是斷裂的危險部位。

  2.2.2 加熱不當(dāng)

  工件在熱處理時的加熱溫度、保溫時間和加熱設(shè)備（爐內(nèi)氣氛）等均能成為淬火裂紋的誘因。

淬火加熱溫度愈高，淬裂傾向愈大。淬火溫度升高，加熱保溫時間延長，使奧氏體晶粒長大，則淬火馬氏體粗化、脆化，斷裂強度降低，這是淬裂傾向增大的根本原因。不容易發(fā)生淬裂的加熱爐是真空爐，其次按電爐、鹽浴爐、火焰爐的順序排列易于產(chǎn)生淬火裂紋。重油爐、燃煤爐等火焰爐是最容易發(fā)生淬裂的爐型。

  2.2.3 淬火冷卻的影響

  在淬火冷卻時，在兩個溫度范圍內(nèi)必須注意控制冷卻速度。其中一個區(qū)域是為了完全淬火硬化而需要快冷的臨界區(qū)域，為了使零件淬硬，在臨界區(qū)應(yīng)當(dāng)急冷。另一個區(qū)域是容易產(chǎn)生淬火裂紋的低溫區(qū)，在MS點溫度以下，在這個溫度區(qū)間發(fā)生奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變，體積膨脹，產(chǎn)生第二類畸變、第二類應(yīng)力及宏觀熱處理應(yīng)力，可能導(dǎo)致淬火裂紋，因此稱危險區(qū)。在危險區(qū)應(yīng)當(dāng)盡量慢冷，以緩和淬火內(nèi)應(yīng)力。

  青島豐東熱處理有限公司專業(yè)提供熱處理服務(wù)，可為客戶提供化學(xué)熱處理(滲碳、滲氮、碳氮共滲)、真空熱處理、等離子熱處理(離子滲氮)、常規(guī)熱處理(含深冷處理)等四大領(lǐng)域的熱處理加工服務(wù)。歡迎新老客戶來電咨詢，電話：4006577217。

  “青島豐東熱處理”微信公眾號提供熱“新鮮”的處理行業(yè)動態(tài)及資訊，如果您對熱處理相關(guān)知識感興趣，歡迎關(guān)注我們，青島豐東期待與您共同進(jìn)步！