淬火工件产生畸变和开裂的原因及规律

工件淬火时，在工件内部会产生不同的内应力，在这些内应力的作用下，工件可能会产生畸变和开裂的现象。畸变包括工件形状（如弯曲）的变化和尺寸（如直径增大或减小）的变化。

导致淬火工件畸变和开裂的原因，是工件自高温急速冷却引起的温度变化和组织转变而产生的内应力，按其形成原因可分为热应力和组织应力两种。

(1)热应力。工件在加热和冷却过程中，由于各部分之间存在温差，所造成的热胀冷缩先后不一致而产生的内应力，称为热应力。零件自高温冷却时要收缩。淬火时，工件表面和薄处比心部和厚处冷得快，先收缩，表面对尚未冷却的心部产生压应力，表面受心部的拉应力。随着温度的降低，心部开始收缩，对表面产生压应力，心部本身受到表面的拉应力。这样由于各部分的收缩先后不一，互相制约，便产生了热应力。

钢件淬火时由于冷却速度很快，使体积收缩十分剧烈，因而产生的热应力也很大。在单纯热应力的作用下，会使轴类工件收缩，直径增大；扁平工件厚度增加；使有棱角的工件的棱角会变成小圆角，见表3-25。

对热应力大小的影响因素，主要是温度差和钢的化学成分，其次是冷却速度、加热温度、工件截面积的大小、工件的形状、金属性能（塑性、热膨胀系数及热导率）也有一定影响。

(2)相变应力。由于组织转变的不同时性和不一致性而形成的内应力，称为相变应力。在热处理过程中，工件各部分（如表面和心部、薄处与厚处）冷却速度不一致，因而组织转变不可能同时进行。由于马氏体的比体积比奥氏体的大，当奥氏体转变为马氏体时，体积必然膨胀。淬火时，工件薄处比厚处冷却速度快，先冷到Ms点以下并转变为马氏体；同样，表面比心部冷却速度快，先冷到Ms点以下并转变为马氏体。马氏体组织转变的不同时性，使各部分的体积变化互相制约，从而产生相变应力。

此外，当工件心部的冷却速度小于临界冷却速度、工件没有淬透时，心部则形成比体积较小的珠光体类（或托氏体）组织，而表面为比体积最大的马氏体。这种组织转变的不一致性也会产生相变应力。一般说来，钢的碳含量越高，淬火时产生的相变应力越大，引起的畸变就越大；淬透的工件比没淬透的畸变更大。

相变应力既可使工件发生形状变化，也可使工件发生尺寸的变化。在单纯相变应力的作用下，会使轴类工件长度增加，直径缩小；使有棱角的工件的棱角变得更尖锐。

工件在淬火过程中，既有热应力，又有相变应力。两种应力的相互作用，可能抵消或部分抵消，也可能相互叠加而产生更大的应力。在淬火过程中，某一瞬间两种应力的综合作用大于钢在该瞬间的屈服强度时，就会产生畸变；而当两种应力的综合作用超过钢的强度极限时，则引起工件开裂。