淬火、回火缺陷及其预防、补救

在热处理工艺中淬火工序造成的废品率往往较高，这主要是在淬火过程中，同时形成较大的热应力与组织应力，此外，由于材料内在的冶金缺陷、选材不当、错料、设计上的结构工艺性差、冷、热加工过程中形成的缺陷等因素，均容易在淬火、回火工艺中暴露出来，因此对零部件淬火、回火后的缺陷必须进行系统的分折与调査。

淬火缺陷与预防

钢件淬火时最常见的缺陷有淬火变形、开裂、氧化、脱碳、硬度不足或不均匀、表面腐蚀、过烧、过热及其他按质量检查标准规定金相组织不合格等。

1.淬火变形与淬火裂纹

在实际生产中，应该根据淬火变形与淬火裂纹的形成原因采取有效的预防措施。

(1)尽量做到均匀加热及正确加热

工件形状复杂或截面尺寸相差悬殊时，常因加热不均匀而变形。为此，工件在装炉前，对不需淬硬的孔及截面突变处，应采用石棉绳堵塞或绑扎等办法，以改善其受热条件，对一些薄壁圆环等易变形零件，可设计特定淬火夹具。这些措施既有利于加热均匀，又有利于冷却均匀。

工件在炉内加热时，应均匀放置，防止单面受热，应放平，避免工件在髙温塑性状态因自重而变形。对细长零件及袖类零件尽量采用井式炉或盐炉垂直悬挂加热。

限制或降低加热速度，可减少工件截面温差，使加热均匀。因此对大型锻模、髙速钢及高合金钢工件，以及形状复杂、厚薄不匀、要求变形小的零件，一般都采用预热加热或限制 加热速度的措施。

合理选择淬火加热温度，也是减少或防止变形、开裂的关键。选择下限淬火温度，减少工件与淬火介质的温差，可以降低淬火冷却高温阶段的冷却速度，从而可以减少淬火冷却时的热应力。另外，也可防止晶粒粗大。这样可以防止变形开裂。

有时为了调节淬火前后的体积变形量，也可适当提高淬火加热温度。例如CrWMn、Cr12Mo等高碳合金钢，常利用调整加热温度，改变其马氏体转变点以改变残余奥氏体含量，以调节零件的体积变形。

(2)正确选择冷却方法和冷却介质的基本原则 

尽可能采用预冷，即在工件淬入淬火介质前，尽可能缓慢地冷却至Ar附近，以减少工件内温差。 ‚

在保证满足淬硬层深度及硬度要求的前提下，尽可能采用冷却缓馒的淬火介质。 ƒ

尽可能减慢在Ms点以下的冷却速度。

合理地选择和采用分级或等温淬火工艺。

(3)正确选择淬火工件浸入淬火介质的方式和运行方向的基本原则

淬火时应尽量保证能得到最均匀的冷却。‚以最小阻力方向淬入。大批量生产的薄画环类零件、薄板形零件、形状复杂的凸轮盘和圆锥齿轮等，在自由冷却时，很难保证尺寸精度的要求。为此，可以采取压床淬火，即将零件置于专用的压床模具中，再加上一定的压力后进行冷却〈喷油或喷水)由于零件的形状和尺寸受模具的限制, 因而可能使零件的变形限制在规定的范围之内。

进行及时、正确的回火在生产中，有相当一部分工件，并非在淬火时开裂，而是 由于淬火后未及时回火而开裂。这是因为在淬火停留过程中，存在于工件内的微细裂缝在很大的淬火应力作用下，融合、扩展，以至其尺寸达到断裂临界裂缝尺寸，从而发生延时断裂。实践证明，淬火不冷到底并及时回火，是防止开裂的有效措施。对于形状复杂的高碳钢和高碳合金钢，淬火后及时回火尤为重要。

工件的扭曲变形可以通过矫直来校正，但必须在工件塑性允许的范围之内。有时也可利用回火加热时用特定的校正夹具进行校正。对体积变形有时也可通过补充的研磨加工来修正，但这仅限于孔、槽尺寸缩小，外圃增大等情况。淬火体积变形往往是不可避免的。但只要通过实验，掌握其变形规律，则可根据其胀缩量，在淬火前成形加工时，适当加以修正，就可在淬火后得到合乎要求的几何尺寸。工件一旦出现淬火裂纹，则报废。

2、硬度不足

造成淬火工件硬度不足的原因如下。 

（1）加热温度过低，保温时间不足。检查金相组织时，在亚共析钢中可以看到未溶铁素体，在工具钢中可以看到较多未溶碳化物。

（2）‚表面脱碳引起表面硬度不足。磨去表层后所测得的硬度比表面高。

（3）ƒ冷却速度不够，在金相组织上可以看到黑色屈氏体沿晶界分布。

（4）钢材淬透性不够，截面大处淬不硬。

（5）采用中断淬火时，在水中停留时间过短，或自水中取出后，在空气中停留时间过长再转人油中，因冷却不足或自回火而导致硬度降低。

（6）工具钢淬火温度过高，残余奥氏体量过多，影响硬度。当出现硬度不足时，应分析其原因，采取相应的措施。其中由于加热温度过高或过低引起的硬度不足，除对已出现缺陷进行回火，再重新加热淬火补救外，应严格管理炉温測控仪表，定期按计量传递系统进行校正及检修。

3、硬度不均匀

硬度不均匀就是工件淬火后有软点，产生淬火软点的原因如下：

（1）工件表面有氧化皮及污垢等； ‚

（2）淬火介质中有杂质，如水中有油，使淬火后产生软点； ƒ

（3）工件在淬火介质中冷却时，冷却介质的搅动不够，没有及时赶走工件的凹槽及大截面处形成的气泡而产生软点；

（4）渗碳件表面碳浓度不均匀，淬火后硬度不均勻；

（5）淬火前原始组织不均匀，例如有严重的碳化物偏析，或原始组织粗大，铁素体呈大块状分布。对前三种情况，可以进行一次回火、再次加热，在恰当的冷却介质及冷却方法的条件下淬火补救。对后两种情况，如淬火后不再加工，则一旦出现玦陷，很难补救。对尚未成形加工的工件，为了消除碳化物偏析或粗大，可用不同方向的锻打来改变其分布及形态。对粗大组织可再进行一次退火或正火，使组织细化及均匀化。

4、组织缺陷

有些零件，根据服役条件，除要求一定的硬度外，还对金相组织有一定的要求，例如对中碳或中碳合金钢淬火后马氏体尺寸大小的规定，可按标准图谱进行评级。马氏体尺寸过大，表明淬火温度过髙，称为过热组织。对游离铁索体数量也有规定，过多表明加热不足，或淬火冷却速度不够。其他如工具钢、髙速钢，也相应地对奥氏体晶粒度、残余奥氏体量、碳化物数量及分布等有所规定。对这些组织缺陷也均应根据淬火具体条件分析其产生原因，采取相应措施预防及补救。但应注意，有些组织缺陷还与淬火前的原始组织有关。例如粗大马氏体，不仅淬火加热温度过髙可以产生，还可能由于淬火前的热加工所残留的过热组织遗传所致，因此，在淬火前应采用退火等办法消除过热组织。

回火缺陷与预防

生产中常见的回火缺陷有：硬度过高或过低，硬度不均匀，以及回火产生变形及脆性等。

回火硬度过高、过低或不均匀，主要是由于回火温度过低，过髙或炉温不均匀所造成的。回火后硬度过高还可能是由于回火时间过短。这类问题可以通过调整回火温度等来控制。硬度不均匀的原因，可能是由于一次装炉量过多，或选用加热炉不当所致。如果回火在气体介质炉中进行，炉内应有气流循环风扇，否则炉内温度不可能均匀。

回火后工件发生变形，常由于回火前工件内应力不平衡，回火时应力松弛或产生应力重新分布所致。要避免回火后变形，或采用多次校直多次加热，或采用压具回火等措施。髙速钢表面脱碳后，在回火过程中可能形成网状裂纹。因为表面脱碳后，马氏体的比体积减少，以致产生多向拉应力而形成网状裂纹，此外，高碳钢件在回火时，如果加热过快，表面先回火，比体积减少，产生多向拉应力，从而产生网状裂纹。回火后脆性的出现，主要由于所选回火温度不当，或回火后冷却速度不够（第二类回火脆性）所致。因此，防止脆性的出现，应正确选择回火温度和冷却方式。一旦出现回火脆性，对第一类回火脆性，只有通过重新加热淬火，另选温度回火；对第二类回火脆性，可以采取重新加热回火，然后加速回火后冷却速度的方法消除。