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應力對淬火裂紋的影響

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  存在於淬火件不同部位上能引起應力集中的因素(包括冶金缺陷在內),對淬火裂紋的產生都有促進作用,但隻有在拉應力場內(尤其是在最大拉應力下)才會表現出來,若在壓應力場內並無促裂作用。

  淬火冷卻速度是一個能影響淬火質量並決定殘餘應力的重要因素,也是一個能對淬火裂紋賦於重要乃至決定性影響的因素。為了達到淬火的目的,通常必須加速零件在高溫段內的冷卻速度,並使之超過鋼的臨界淬火冷卻速度才能得到馬氏體組織。

  就殘餘應力而論,這樣做由於能增加抵消組織應力作用的熱應力值,故能減少工件表麵上的拉應力而達到抑製縱裂的目的。其效果將隨高溫冷卻速度的加快而增大。而且,在能淬透的情況下,截麵尺寸越大的工件,雖然實際冷卻速度更緩,開裂的危險性卻反而愈大。這一切都是由於這類鋼的熱應力隨尺寸的增大實際冷卻速度減慢,熱應力減小,組織應力隨尺寸的增大而增加,最後形成以組織應力為主的拉應力作用在工件表麵的作用特點造成的。並與冷卻愈慢應力愈小的傳統觀念大相徑庭。對這類鋼件而言,在正常條件下淬火的高淬透性鋼件中隻能形成縱裂。

  避免淬裂的原則是設法盡量減小截麵內外馬氏體轉變的不等時性。僅僅實行馬氏體轉變區內的 緩冷卻不足以預防縱裂的形成。一般情況下隻能產生在非淬透性件中的裂紋,雖以整體快速冷卻為必要的形成條件,可是它的真正形成原因,卻不在快速冷卻(包括馬氏體轉變區內)本身,而是淬火件局部位置(由幾何結構決定),在高溫臨界溫度區內的冷卻速度顯著減緩,因而沒有淬硬所致。產生在大型非淬透性件中的橫斷和縱劈,是由以熱應力為主要成份的殘餘拉應力作用在淬火件中心,而在淬火件末淬硬的截麵中心處,首先形成裂紋並由內往外擴展而造成的。

  為了避免這類裂紋產生,往往使用水--油雙液淬火工藝。在淬火工藝中實施高溫段內的快速冷卻,目的僅僅在於確保外層金屬得到馬氏體組織;而從內應力的角度來看,這時快冷有害無益。其次,冷卻後期緩冷的目的,主要不是為了降低馬氏體相變的膨脹速度和組織應力值,而在於盡量減小截麵溫差和截麵中心部位金屬的收縮速度,從而達到減小應力值和最終抑製淬裂的目的。