金屬零件的淬火裂紋是怎樣形成的
金屬零件的淬火裂紋多半是在零件淬火冷卻過程中,以及淬火后未及時回火的情況下產生的。
(1)熱處理溫度的影響
工件淬火冷卻時,其表面冷卻速度快、溫度低,首先低于Ms點發生馬氏體轉變,體積膨脹,向外膨脹有自由空間,向里膨脹由于工件的中心仍處于奧氏體狀態,塑性好,受到的膨脹力可使其發生塑性變形,使應力得到松弛,此時表面冷硬層為壓應力,心部為拉應力。
隨后工件的中心溫度也低于Ms點,發生馬氏體轉變,體積膨脹,其膨脹受到已冷硬表面的強烈限制,使表面由壓應力轉變為拉應力。
當工件的中心冷至室溫時,施以表面的拉應力達到最大值,而工件的中心為壓應力。
因此淬火開裂往往發生在工件表面溫度100℃以下,特別是工件中心冷至室溫時這是淬火開裂最危險的溫度。
大截面工件因中心冷卻速度慢,需要一段時間(幾小時)才能冷至室溫,因此,淬火后不是馬上開裂,而是停留幾小時后才開裂。工件截面尺寸很小時,淬火冷卻過程中因截面小,內外溫差小,產生的應力值也小,故不易淬裂。
(2)熱處理應力的影響
工件淬火冷卻時,為了獲得馬氏體組織和足夠的淬硬層深度,通常采用快速冷卻。但赤熱工件的急冷,必然會使工件表面與心部、壁厚與壁薄部分之間,形成很大的溫差,因為工件表面和壁薄處冷卻得快,而心部和壁厚處冷卻得慢,所以產生溫差。從而使工件各部分的組織轉變及體積的冷縮熱脹不在同時發生,故產生了熱處理應力。這種應力是工件內部產生的,因此,稱為內應力。
如果這一瞬時的內應力,超過了材料在該溫度下的彈性極限,就會使工件變形;如果內應力超過了材料的抗拉強度,則引起工件的開裂。
可見,淬火內應力的存在,是工件造成變形和開裂的原因所在。