热处理裂纹分析——典型淬火裂纹.pdf

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1、《东方电机}2009年第1期热处理裂纹分析—一典型淬火裂纹刘进益摘要热处理裂纹多种多样，在各类热处理裂纹中，以淬火裂纹的产生几率和频次最高。通过几种典型淬火裂纹形成条件、裂纹特征、开裂力学模型的介绍，阐述了利用“残余应力决定论”和“最大拉应力起裂论”的观点，结合金相分析、情况调查等手段，在现有条件下进行淬火裂纹的失效分析技术。关键词金属零件热处理热处理裂纹淬火裂纹残余应力最大拉应力1热处理裂纹分析理金属零件内部导致不同部位金属间的体积及形状的变化有较大差异，引起相互间1．1热处理裂纹拘束作用，从而在零件各部位产生不同的金属零件在热处理时形成的裂纹称为应力场，这就是热处理应力。热处理

2、应力热处理裂纹，它是由于热处理引起的热应力主要有组织应力和热应力。和(或)组织应力大于金属零件材料的破断(1)组织应力强度所致。金属零件内部存在的夹杂、缩孔组织应力是热处理过程中普遍存在的残余、白点等缺陷极易在热处理时造成应力一种应力。典型的组织应力是产生在金属集中而促使热处理裂纹产生。金属零件外形零件淬火冷却过程中，因表层和心部的马存在有尖锐棱角或前序残留的疵病(如折迭、氏体相变不同时进行，金属零件冷却后期，深刀痕等)，也易应力集中而导致热处理裂心部温度降至Ms点要发生马氏体相变而纹。若金属零件过热，晶粒粗大，淬火后应力体积膨胀时，受到表层已转变为高强度的很大，也易形成热处理裂纹

3、。热处理裂纹多马氏体的阻碍，这样在心部产生压应力，表种多样，在各类热处理裂纹中，以淬火裂纹的层产生拉应力。组织应力的大小与材料在产生几率和频次最高，本文着重阐述几种典马氏体相变温度范围的温差有关，截面温型淬火裂纹。差越大，组织应力明显增加。此外，相变时1．2热处理应力体积膨胀量及膨胀速率愈大，组织应力也热处理应力多变而又复杂，它是导致越大。热处理金属零件变形和开裂的主要原因。(2)热应力在热处理过程中，由于加热、冷却和相变等热应力是热处理过程中普遍存在的另过程进行的不均匀性和不等时性，在热处外一种应力，它是由于表层和心部温差引来稿时间：2008年6月《东方电机))2009年第1期4

4、5起金属零件的体积收缩不均匀而产生的内·或稍后因淬火应力发生局部分离而导致零应力。在不考虑相变的情况下，金属零件件的破裂。冷却后期，表面已降至室温，心部要继续降2．1淬火裂纹分类温和体积收缩，而表层则阻碍心部收缩，这通常在实际淬火中形成且受尺寸效应样在心部产生拉应力，表层产生压应力。制约的、独立形式的淬火应力(合成且残余的冷却速度越快热应力越大，淬火加热温度应力)类型有三种，见图1。其中I型是以越高、金属零件截面尺寸越大、钢的导热性组织应力为主的合成应力，称为组织应力型越差，截面温差越大，越易增大热应力。的淬火残余应力；Ⅱ型应力是由热应力、组组织应力和热应力又称为基本应力。织应力共

5、同合成的，称为过渡型淬火残余应每种基本应力都有其独特的致裂特点，而力；III型是以热应力为主的合成应力，称为且是由最大拉应力(合成后的瞬时应力)热应力型淬火残余应力。根据淬火残余应力的存在部位所决定的。合成应力的产生和的类型和作用特点的不同可将淬火裂纹分为发展比较复杂，由于热应力和组织应力在纵裂、纵劈一横断、弧裂、边廓一表面裂纹，见淬火金属零件截面的存在部位相同，但作图2。本文主要介绍纵裂、纵劈一横断、弧裂用方向相反，它们相互作用合成后，应力降三种类型的淬火裂纹。低(残余)或消失，也就是说它们同时作用2．2淬火裂纹的分析方法、有致裂和抑制裂纹形成双重性。组织应力通常分析淬火裂纹的基

6、本逻辑或出发的切向应力明显大于轴向应力，而热应力点是：把淬火裂纹的产生看为某些影响因则恰好相反，即轴向应力大于切向应力。素超常作用的结果，于是借助金相分析和情况调查来收集那些能证明某个或某几个2淬火裂纹影响因素确实超常发挥的证据，实际上很淬火裂纹是指金属材料于淬火过程中+++图1淬火残余应力的类型难找到确凿的证据。经实践证明大多数淬取决于零件的淬火工艺条件、自身的几何火裂纹的产生与淬火残余应力的形成规律因素以及材料质量，因此分析中应把这些和作用特点密切相关(也即残余应力决定具体因素转化为引起淬火残余应力的因是否发生淬火开裂)，而淬火残余应力又素，然后根据淬火零件截面上的内应力只《东

7、方电机)2009年第1期存在拉应力和压应力，而只有拉应力才能致裂的观点(也即最大拉应力决定起裂部图2淬火裂纹分类图位)，最后与金相分析和情况调查相结合，对直的单条深裂纹的同时，又沿垂直表面的淬火裂纹形成规律进行探求，分析淬裂形成方向朝截面内部扩展，因此深度较大，最后原因。也就是利用残余应力决定论和最大拉裂纹终止于截面中心附近，通常不会使淬应力起裂论的观点与金相分析和隋况调查相火件完全裂开，截面可见外阔内尖的裂口。结合的方法进行淬火裂纹形成原因分析。由典型纵裂形态见图3