鍛件淬火裂紋及對策
在引起鍛件產(chǎn)生裂紋的因素中,因淬火產(chǎn)生的裂紋占鍛件的絕大多數(shù)。淬火裂紋主要發(fā)生在淬火冷卻的后期,此時馬氏體相變基本結(jié)束,由于鍛件中存在大的拉應(yīng)力,當(dāng)應(yīng)力超過材料的抗拉強(qiáng)度時就會產(chǎn)生裂紋。鍛件淬火時一旦產(chǎn)生淬火裂紋,將使產(chǎn)品報廢。淬火裂紋產(chǎn)生的主要原因,除了淬火過程中產(chǎn)生較大的淬火應(yīng)力外,還與鍛件內(nèi)存在非金屬夾雜物、碳化物偏析、工件結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理以及淬火工藝制度不合適等因素有關(guān)。實際生產(chǎn)中,往往根據(jù)淬火裂紋特征來判斷其產(chǎn)生的原因,從而采取措施預(yù)防其再次發(fā)生。淬火裂紋形成的原因和情況不同,它在鍛件中的分布形式也不同。
1.縱向裂紋及其影響因素
縱向裂紋又稱軸向裂紋。這類裂紋的特征是沿軸向分布,由鍛件表面裂向心部。它多產(chǎn)生在鍛件完全淬透的情況下。
縱向裂紋是因為淬火時組織應(yīng)力過大,使最大切向拉應(yīng)力大于該時材料的斷裂強(qiáng)度而發(fā)生的。
2.橫向裂紋(弧形裂紋)及其影響因素
橫向裂紋的特點是垂直于軸的方向,由內(nèi)往外開裂,往往在未淬透情況下形成,因熱應(yīng)力所引起。橫向裂紋常發(fā)生于大型軸類鍛件上,如軋輥、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子等,且常在鍛件形狀突變的部位以弧形分布。橫向裂紋主要產(chǎn)生于鍛件內(nèi)部或易造成應(yīng)力集中的尖銳棱角及空洞附近。
3.網(wǎng)狀裂紋
網(wǎng)狀裂紋是一種表面裂紋,其深度較淺,一般在0.01-1.5mm左右。裂紋走向具有任意方向性,與鍛件的外形無關(guān),許多裂紋相互連接構(gòu)成網(wǎng)狀,裂紋面積較大。表面脫碳的高碳鋼淬火、機(jī)械加工中未完全去除脫碳層的進(jìn)行表面淬火等極易形成網(wǎng)狀裂紋。但是并非脫碳層一定產(chǎn)生網(wǎng)狀裂紋。當(dāng)表層完全脫碳時,淬火后表層為鐵素體,易變形,可使應(yīng)力松弛,則不宜形成網(wǎng)狀裂紋。
4.剝離裂紋
剝離裂紋的特征是淬火后裂紋發(fā)生在鍛件次表層,裂紋與鍛件表面平行。這種裂紋多發(fā)生在表面淬火或化學(xué)熱處理(滲碳、碳氮共滲、滲氮及滲硼等)工件中, 裂紋的位置多在硬化層和心部交界處,即多產(chǎn)生在過渡區(qū)中。
5.應(yīng)力集中裂紋
應(yīng)力集中由鍛件的幾何形狀和截面變化引起。生產(chǎn)中許多淬火裂紋都是由應(yīng)力集中引起的。當(dāng)鍛件截面尺寸相差懸殊時, 則淬火冷卻使不同部位的冷速相差很大,馬氏體轉(zhuǎn)變的不同時性增加,組織應(yīng)力增大,導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生。當(dāng)鍛件有尖角和空穴時,常由于應(yīng)力過大而引起淬火裂紋。有資料介紹,尖角處的應(yīng)力約為平滑面部位的10倍左右,所以常稱尖角是導(dǎo)致淬火裂紋的致命因素。
6.過熱淬火裂紋
因各種原因?qū)е碌膴W氏體晶粒粗大(由原始組織不合格、淬火溫度過高、淬火保溫時間過長等引起),在隨后的淬火冷卻時就會形成沿晶界分布的裂紋。
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