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鋼件淬火后可以提高其強(qiáng)度、硬度及耐磨性，但是工件的原始尺寸或形狀在淬火時會發(fā)生人們所不希望的變化，這此變化會成為影響產(chǎn)品質(zhì)量的缺陷，減小或是避免這些缺陷，首先我們就要知道淬火會產(chǎn)生哪些的缺陷，其形成原因是什么，并找到對應(yīng)的解決辦法。淬火質(zhì)量缺陷及控制從以下幾方面進(jìn)行闡述。

1.淬火畸變

淬火畸變的類型可分為兩類，即體積畸變和形狀畸變。

淬火前后各種組織比體積不同是引起體積變化的主要原因。由馬氏體→貝氏體→珠光體→奧氏體的比體積依次減小。原始組織為珠光體的工件淬火轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，體積脹大。若組織有大量殘留奧氏體，有可能使體積縮小。只有精度特別高的工件才考慮體積均勻脹大引起體積尺寸變化。

工件各部位相對位置或尺寸發(fā)生變化，如板桿件彎曲、內(nèi)孔脹縮、孔間距變化等統(tǒng)稱為形狀畸變?；冃纬稍蛴幸韵聨追N：

（1）加熱溫度不均勻，形成的熱應(yīng)力引起畸變或工件在爐中放置不合理，在高溫常因自重產(chǎn)生蠕變畸變。

（2）加熱時，隨加熱溫度升高，鋼的屈服強(qiáng)度降低，已存在工件內(nèi)部的殘留應(yīng)力（冷變形應(yīng)力、焊接應(yīng)力、機(jī)加工應(yīng)力等）達(dá)到高溫下的屈服強(qiáng)度時，就會引起工件不均勻塑性變形而造成形狀畸變和殘留應(yīng)力松弛。

（3）淬火冷卻時的不同時性形成的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力使工件局部塑性變形。形狀復(fù)雜的工件，因其結(jié)構(gòu)的特殊性，在淬火時，因受熱和冷卻時的速度不一樣，增加了它的變形傾向。

2.減少淬火畸變的途徑和方法

（1）采用合理的熱處理工藝可有效減少畸變。如降低淬火加熱溫度；緩慢加熱或?qū)ぜM(jìn)行預(yù)熱；靜止加熱法，極細(xì)長和極薄的工件，為了減少鹽浴磁攪拌對工件的沖擊作用，可采用斷電加熱；截面尺寸較小的工件，如果對心部強(qiáng)度要求不高，采用快速加熱；合理捆扎和吊掛工件；根據(jù)工作的形狀采用合理的淬入方式；采用分級淬火或等溫淬火；根據(jù)工件的形狀特點及變形規(guī)律，在淬火前人為地使工件反向變形，使之與淬火后的畸變相抵消。

（2）合理設(shè)計零件。如工件形狀力求對稱，避免截面相差懸殊，從而減少因冷卻不均引起的畸變；易畸變的槽形工件或開口工件，為了減少槽口脹大或縮小，淬火前使其成為封閉結(jié)構(gòu)，如在槽口處增加筋，淬火后再切開；布設(shè)工藝孔，減少型腔縮小；復(fù)雜件采用組合結(jié)構(gòu)，即將一個復(fù)雜工件分解成幾個簡單部分，分別施微畸變淬火后，再組裝起來；正確選用鋼材，如對精度高，允許熱處理畸變小的工模具，可選用微畸變鋼，高精度塑料模具也可選用預(yù)硬鋼。

（3）合理的鍛造和預(yù)備熱處理。嚴(yán)重的碳化物偏析、帶狀組織使淬火畸變呈各向異性或不規(guī)則性，通過鍛造改善碳化物分布，不僅能減少畸變，對提高工件的使用壽命也有利。

3.畸變的校正

對于熱處理后零件產(chǎn)生的畸變，可采用冷壓校直、熱點校直、趁熱校直、回火校直、反擊校直、縮孔處理等方法。

冷壓校直是將彎曲工件在凸出的最高點施加外力，使之發(fā)生塑性變形，這種方法適合硬度低于35HRC的軸類工件；熱點校直是用氧乙炔火焰加熱凸起部分，然后用水或油迅速冷卻，使受熱部分在熱應(yīng)力作用下收縮，這種方法適用于硬度大于35～40HRC的工件；趁熱校直是工件淬火冷至Ms溫度附近，利用奧氏體良好的塑性和相變超塑性，使畸變得到校正；回火校正是將工件施加外力，再進(jìn)行回火，回火溫度高于300℃；反擊校直是用鋼錘連續(xù)敲擊凹處，使工件小面積產(chǎn)生塑性變形；縮孔處理是將淬火后脹大的工件，加熱至600～700℃透紅，為防止孔內(nèi)進(jìn)水，用兩塊薄板蓋住工件兩端，迅速投入水中急冷，利用熱應(yīng)力使孔收縮，經(jīng)過一次或多次重復(fù)操作，可使脹大的孔得到校正。

4.淬火開裂

淬火開裂是熱處理應(yīng)力超過材料的斷裂強(qiáng)度引起的開裂現(xiàn)象。裂紋呈斷續(xù)的串聯(lián)分布，斷口有淬火油或鹽水的痕跡，無氧化色，裂紋的兩側(cè)也無脫碳現(xiàn)象。產(chǎn)生淬火裂紋的場合及原因有下幾點：

（1）材料管理混亂，誤把高碳鋼或高碳合金鋼當(dāng)成低、中碳鋼使用，采用水淬。

（2）冷卻不當(dāng)。在Ms溫度以下快冷，因組織應(yīng)力大引起開裂。如水-油雙介質(zhì)淬火，在水中停留時間長，淬火油中含有過多水分。

（3）未淬透工件心部硬度為36～45HRC時，在淬硬層與非淬硬層交界處形成淬火裂紋。心部硬度小于36HRC，交界處拉硬力得到消減。心部硬度大于45HRC，說明已有馬氏體組織，拉應(yīng)力峰值降低，開裂傾向減小。

（4）具有最危險淬裂尺寸的工件易形成淬火裂紋。工件全部淬透時有一最危險的淬裂尺寸，其直徑是：水淬時為8～15mm；油淬時為25～40mm。尺寸小于最危險淬裂尺寸時，心部與表面溫差小，淬硬力小，不易開裂，反之增大，但拉應(yīng)力峰遠(yuǎn)離表面，淬裂傾向反而減小。

（5）嚴(yán)重表面脫碳易形成網(wǎng)狀裂紋。脫碳層馬氏體比體積小，受到拉應(yīng)力作用，易形成網(wǎng)狀裂紋。

（6）內(nèi)徑較小的深孔工件，內(nèi)表面冷卻較外表面小得多，殘留熱應(yīng)力作用小，所受到的殘留拉應(yīng)力較外表面大，內(nèi)壁易形成平行的縱向裂紋。

（7）淬火加熱溫度過高，引起晶粒粗化，晶界弱化，鋼的脆斷強(qiáng)度降低，淬火易開裂。

（8）重復(fù)淬火前未經(jīng)中間退火，過熱傾向大，前項的淬火應(yīng)力未能完全消除，以及多次加熱引起的表面脫碳，都會促使淬火開裂。

（8）大截面高合金鋼工件淬火加熱時未經(jīng)預(yù)熱或加熱速度過快，加熱時的熱應(yīng)力或組織應(yīng)力增大，引起開裂。

（10）原始組織不良，如高碳鋼球化退火質(zhì)量欠佳，其組織是片狀或點狀珠光體，熱熱傾向大；晶粒粗化，馬氏體含量高，淬火開裂傾向大。

（11）原材料顯微裂紋，非金屬夾雜物，嚴(yán)重碳化物偏析淬火開裂傾向增大。如非金屬加雜物或嚴(yán)重碳化物沿軋制方向形成帶狀公布，由于力學(xué)性能各向異性，其橫向性能比縱向性能低30%～50%，在表面最大拉應(yīng)力作用下，常沿非金屬夾雜物或碳化物分布方向呈縱向裂紋。

（12）鍛造裂紋在淬火時擴(kuò)大。在變通爐內(nèi)淬火加熱時，開裂的破斷面上有黑色的氧化皮，裂紋兩側(cè)有脫碳層。

（13）過燒裂紋。裂紋多呈網(wǎng)狀，晶界有氧化和熔化現(xiàn)象。

（14）淬透性低的鋼，用鉗子夾持淬火時，被夾持部位淬火冷的慢，有非馬氏體組織，鉗口位于淬硬層與非淬硬層交界處，其拉應(yīng)力大，易開裂。

（15）高速鋼、高鉻鋼分級淬火，工件未冷至室溫，急于清洗（因Ms以下快冷）引起開裂。

（16）深冷處理因急冷急熱形成的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力都比較大，且低溫材料的脆斷強(qiáng)度低，易產(chǎn)生淬火開裂。

（17）淬火后未及時回火，工件內(nèi)部的顯微裂紋在淬火應(yīng)力的作用下擴(kuò)展形成宏觀裂紋。

5.防止淬火開裂的措施

（1）改進(jìn)工件結(jié)構(gòu)。截面力求均勻，不同截面處應(yīng)有圓角過渡，盡量減少不通孔、尖角，避免應(yīng)力集中引起的開裂。

（2）合理選擇鋼材。形狀復(fù)雜易開裂的工件，應(yīng)選擇淬透性高的合金鋼制造，以便采用冷速緩慢的淬火介質(zhì)，減少淬火應(yīng)力。

（3）原材料應(yīng)避免顯微裂紋及嚴(yán)重的非金屬夾雜物和碳化物偏析。

（4）正確進(jìn)行預(yù)先熱處理，避免正火、退火組織缺陷。

（5）正確選擇加熱參數(shù)。

（6）合理選用淬火介質(zhì)和淬火方法。

（7）對工件易開裂部位，如尖角、薄壁、孔等進(jìn)行局部包扎。

（8）易開裂工件淬火后應(yīng)及時回火或帶溫回火。

6.硬度不足

工件淬火后表面硬度低于所用鋼材應(yīng)有淬火硬度值稱為硬度不足。產(chǎn)生硬度不足的原因有多種，控制措施見表1。

表 1

7.軟點

淬火后工件表面局部區(qū)域出現(xiàn)硬度偏低的現(xiàn)象稱為軟點，碳鋼和低合金鋼由于淬透性較差，通常易出現(xiàn)淬火軟點。產(chǎn)生軟點的原因及控制措施見表2。

表 2

8.表面腐蝕─麻點

工件淬火后經(jīng)酸洗或噴砂，表面顯現(xiàn)出密度較大的點狀凹坑稱為麻點，它是由介質(zhì)腐蝕形成的，麻點使工件失去光澤，影響表面光潔程度。

形成麻點的原因有多種，但在工作中我們可以減少這種缺陷，如在鹽浴中降低硫酸鹽含量，避免使基體受到腐蝕；也可以降低硝鹽溫度；高溫淬火加熱工件經(jīng)預(yù)冷處理后再放入溶液中，避免硝鹽分解；高溫局部加熱時對非加熱部位進(jìn)行浸鹽處理，使之包覆一層固態(tài)鹽殼，可防止點蝕。

作者：河南萬合機(jī)械有限公司，程占北、趙永麗、袁有西

摘自《金屬加工（熱加工）》雜志

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