雞眼機模具| 零件在熱處理過程中產生的裂紋是最嚴重的熱處理缺陷之一。這種缺陷通常是無法補救的,零件只能報廢,因而它引起了熱處理工作者的特別重視。
1.零件熱處理裂紋產生的原因
零件在熱處理過程中會產生很大的內應力(組織應力和熱應力),當這些應力超過鋼的屈服強度時,會引起零件的變形;當應力更大,超過鋼的抗拉強度時,則會造成零件的開裂。作用在零件上的應力有兩種:壓應力和拉應力。淬火時形成的拉應力是引起淬火裂紋的主要原因。但是當鋼的塑性較高時,即使有較大的拉應力也不會引起零件的開裂,比如沒有發生組織轉變的去應力退火,獲得較多殘留奧氏體的等溫淬火等。只有在應力較大,又具備了高硬度、脆性大的組織時,才容易造成零件的開裂。故淬火裂紋的形成必須同時存在兩個條件:一是具有脆性組織;二是拉應力超過了此時鋼的抗拉強度(當然其他情況也能促使零件裂紋發生,比如原材料缺陷、設計及機械加工不當造成的缺陷等)。
2.關于裂紋的類型
裂紋的分類方法各種各樣。按裂紋的方向分,有縱向裂紋、橫向裂紋、弧形裂紋和網狀裂紋(又稱龜裂)等;按裂紋發生的位置分,有表層裂紋(或稱表面裂紋)和內部裂紋;按裂紋發生在不同的工序分,有鍛造裂紋、焊接裂紋、淬火裂紋、回火裂紋、冷處理裂紋、酸洗裂紋及磨削裂紋等。零件在熱處理過程中以淬火裂紋為最多。
3.裂紋的分辨方法
如何區分究竟是淬火裂紋、回火裂紋、鍛造裂紋還是磨削裂紋等是很重要的,這樣便于準確查找裂紋發生在哪一工序,有利于分析裂紋產生的原因。
第一,注意淬火裂紋和磨削裂紋形態的不同。對于淬火時未發現而在磨削后才發現的裂紋,要區別是淬火裂紋還是磨削裂紋。在裂紋未附著污染物時比較容易,此時注意裂紋的形態,特別是裂紋發展的方向,磨削裂紋是垂直于磨削方向的,呈平行線形態(如圖1所示),或呈龜甲狀裂紋。磨削裂紋的深度很淺,而淬火裂紋。一般都比較深、比較大,與磨削方向無關,多呈直線刀割狀開裂。
第二,注意裂紋發生的部位。尖銳的凹凸轉角處、孔的邊緣處、刻印處、打鋼印處及機械加工造成的表面缺陷等部位,在這些部位發生的裂紋多屬淬火裂紋。
第三,通過觀察零件的裂斷面來區分是淬火裂紋還是淬火前的鍛造裂紋或其他情況造成的裂紋。若裂紋斷面呈白色或暗白色或淺紅色(水淬時造成的水銹),均可斷定為淬火裂紋,若裂紋斷面呈深褐色,甚至有氧皮出現,那就不是淬火裂紋,系淬火前就存在的裂紋,是零件經過鍛造或壓延時形成的裂紋,這些裂紋都會因淬火而被擴大。因淬火裂紋基本上是在M 點以下時形成的,其斷面是不會被氧化的。
第四,在顯微組織中,淬火裂紋是沿晶界斷裂,若不是沿晶界斷裂,而是沿晶內斷裂,則屬于疲勞裂紋。
第五,如果裂紋周圍有脫碳層存在,那就不是淬火裂紋,而是淬火前就存在的裂紋,因為淬火裂紋是淬火冷卻時產生的,絕不會發生脫碳現象。將零件噴砂后用肉眼直接觀察,使用放大鏡觀察零件的表面即可。當用眼睛或放大鏡看不到裂紋時。還可用浸油探傷法檢查,即將零件浸入到煤油、汽油等油中,稍后取出零件用棉紗擦拭干凈,再涂以石灰粉或其他白粉,如有裂紋,則在白色部分有油滲出。有經驗的檢查人員還可以用敲擊的方法檢查出是否有裂紋,即用小錘等輕輕敲擊零件,如果發出清晰的金屬聲音,尾音比較長,即可認為沒有裂紋;反之,若發出重濁的聲音,就出現了裂紋。還可以采用磁力探傷法及熒光探傷法檢查零件是否有裂紋。
5.淬火過熱與淬火裂紋
零件被加熱到高出工藝規定的某一淬火加熱溫度并在一定的加熱時間里,便會造成工件的淬火過熱。過熱溫度會因鋼種的不同而不同。工件一旦過熱,則奧氏體晶粒粗化,生成的馬氏體針也粗大,容易產生馬氏體微裂紋。這種馬氏體的微裂紋是淬火裂紋的激發源,并發展成為淬火裂紋。過熱使鋼的性能變壞,強度與塑性大大降低。生產現場中淬火過熱引起的淬火裂紋在工具鋼中最為常見,特別是高速工具鋼因淬火過熱造成工件裂紋的事例最多,這是由于高速鋼的淬火加熱溫度接近其熔點,因此稍有不慎即可引起過熱,甚至過燒。某廠在熱處理一批W18Cr4V鋼制模數為m= 12、外徑為170mm的盤形齒輪銑刀時,工藝規定的淬火加熱溫度為1270~,但由于控溫儀表失靈,表指溫度比實際爐溫低35℃,幸虧操作者發現爐溫的變化,立即采取終止生產進行重新測溫的措施,避免了大批過熱產品的發生,但仍有少量齒輪銑刀出現了過熱引起的裂紋,如圖3所示。金相檢查發現淬火晶粒粗大,裂紋均發生于網狀碳化物處,由此可見裂紋系加熱溫度過高所致。因過熱形成的共晶碳化物沿晶界呈網狀分布,在晶界上形成一層硬殼使鋼產生了很大的脆性,阻礙了鋼的塑性變形,在淬火冷卻時產生的極大應力作用下引起淬火裂紋。防止零件因淬火過熱而產生裂紋的主要措施是:
①工藝員要制定正確合理的加熱溫度和加熱方法。如對一些大規格碳化物偏析較嚴重的高速鋼刀具,應采取高速鋼下限的淬火加熱溫度,為保證加熱充分,可適當延長加熱時間,對一些帶尖角的零件應離爐內加熱體遠一些,在鹽浴爐中工件距電極的距離不得小于50mm,以免引起尖角過熱。
② 對測溫儀表和控溫儀表要定期檢查校對和維修,保證儀表始終在運轉正常的條件下使用。儀表員要保證測溫、定溫、調溫時準確無誤。----
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③淬火工要隨時觀察中頻爐溫的情況,發現爐溫有異常變化時,及時找工藝員或儀表員等有關人員解決,必要時立即停產,重新測溫,待爐溫恢復正常后再進行生產。