热处理的断裂及预防（一）

1  简介 

热处理裂纹的分类：非淬火裂纹——表面龟裂、表面边缘T型裂纹；淬火裂纹——纵裂（组织应力型）、弧裂（局部拉应力型）、大型工件淬火裂纹（纵断、横断）、边廓表面裂纹（局部拉应力型）、脱裂、第二类应力裂纹。

2  纵裂 

⑴纵裂的宏观形态 

沿细长零件表面启裂，在沿纵向扩展的同时，又以垂直表面的方向向截面内部扩展，形成外宽内尖的楔形裂口。纵裂的扩展总是终止于截面的中心处附近，外观上看纵向单条裂纹和横截面上的楔形裂口，是纵裂的基本宏观形态。

⑵纵裂的形成条件 

淬透是纵裂形成的必要条件。小工件淬透后的应力状态属于组织应力型残余应力，一般情况下组织应力的切向应力显著大于轴向应力。因此形成组织应力型残余应力是纵裂的应力条件。 

⑶纵裂预防措施 

①采用较缓慢的冷却介质，如油等 。也可用水、油双液淬火，但水、油双液淬火对于一些小件无实际使用价值。 

②工件加热避免过热，出炉后可适当预冷，淬火后及时回火。 

③加强技术管理技术培训，切实对有关工艺操作人员进行淬裂理论教育。

3  弧裂 

⑴弧裂形成的条件 

应同时具备整体快速冷却、不能淬透、具有弧裂的几何敏感部位的结构形式。

⑵几何敏感部位的结构形式 

有孔洞、凹面和碗面、截面尺寸突变、轴肩。 

⑶几何敏感部位的缓冷效应 

具有上述结构形式在淬火冷却过程中的主要作用是显著降低那里的实际冷却速度，产生缓冷效应。 

⑷几何敏感部位处的组织 

几何敏感部位缓冷效应，要么使局部未淬硬产生淬火屈氏体并处在马氏体的包围之中（在金相的宏观或微观上可看出）；要么淬硬层被局部明显减薄。在热处理生产中产生的弧裂中，前一种占绝大多数。 

⑸弧裂的形成扩展方式及典型宏观形态 

弧裂首先在几何敏感部位的表面上形成，并由此沿曲（弧）面先向截面内部定向扩展，严重时可穿越零件的其余截面，再向零件的外表面延伸，直到在那里呈弧形露出；严重时常使相应部位沿弧裂脱落（或经敲击即可脱落）。开裂面通常为形状各异的曲（弧）面，最典型的是从几个不同的方向观察时都呈弧形，是判定弧裂的重要依据。对存在于几何敏感部位上并可引起应力集中效应的因素（如尖锐拐角），并不诱发或促进弧裂的产生。

 ⑹弧裂的预防措施 

①实施局部强冷： 

对于可能引起弧裂的零件，要考虑对几何敏感部位进行局部强冷（高温区间）的可能性和实施方法。 

②实施局部弱冷： 

对于可能引起弧裂的零件，要考虑对几何敏感部位进行局部弱冷（高温区间）的可能性和实施方法。最典型的当属堵孔淬火，让孔内在高温区内冷速更缓，并全部转变成屈氏体组织。 ③实施低温区缓冷的淬火方法。

4  大型零件淬火裂纹 

⑴大型零件淬火残余应力为热应力型 

淬火介质的冷却能力越强、截面尺寸越大、加热温度越高,淬火残余应力越大。

⑵应力作用方式与开裂原因 

冷却末期，外层金属已冷到低温，内部金属的温度必然高于外层。当其继续降温时，因伴随体积收缩受到外层金属的强力约束，而在中心部位产生三维拉应力，最大拉应力作用在截面的中心处。金属力学性能理论表明，金属在三维拉应力作用下，大大约束了塑性变形能力，使其转变为脆性状态，极易产生低应力脆性断裂；这就是具有珠光体组织的大件心部金属，在热应力型应力作用下形成裂纹的根本原因。

⑶断口特征

①短圆柱型： 

常为纵向裂开，当高度为直径的两倍左右时，有横断现象。多见于碳素工具钢，这些零件中心往往存在网状渗碳体，降低钢的强度并沿其扩展。 

②轴类： 

当轴向与切向最大拉应力超过零件中心处材料的强度时，首先在该处开裂。随后在淬火应力的作用下，裂纹分别沿纵向和横向由内向外扩展，直到在外表面露出裂纹。但是裂纹也可能终止于内部某处成为内裂。当残余应力足够大时，可能在淬火末期自行完全断开。然而更多时候是在露出零件表面裂纹的基础上，通过机加工等办法而显现。在长度远大于直径的时候，横断比纵裂更多见，而且同一零件上可能产生多处横断或纵裂。裂纹源通常位于截面中心处，当截面中心附近区域存在冶金缺陷时，裂纹源才可能偏离截面中心处。

③齿圈类： 

一般为中碳铸钢制造，只能形成径向裂纹。裂源为横断面的几何中心处或铸造的热节点处，并由此通过齿圈中心的径向面，由里向外扩展，最终裂开。 

④炸裂的内裂： 

炸裂是有伤害危险的开裂，应注意防范。炸裂发生在冷却末期以后。 

⑤断口特征： 

断裂面平齐，无明显塑性变形发生，呈典型的脆性断口。 

⑷内部冶金缺陷的作用 

大件截面中心及其附近，是热应力型应力的最大拉应力存在和作用的位置，这里又是许多冶金缺陷产生或存在的部位。这些缺陷是重要的促裂、诱裂因素，也是大件淬裂的天然裂源和直接原因。由于种种原因的制约与影响，目前我国大型铸锻件的综合冶金质量还很不理想，因而成为影响大件淬裂的最重要的实际因素之一。     应当注意的是：存在于大型零件表面上的一切能引起应力集中效应的因素，在淬火过程中，决无诱发和促进裂纹作用。故此，热处理之前不必要清除大型铸锻件的表面缺陷。

⑸大件淬裂的预防措施 

①利用热处理基本应力的交互作用和双重作用特征，设计或改进大件的淬火工艺； ②利用预冷降温的方法； ③淬火冷却不进行到低温； ④及时回火注意回火冷却方法。