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淬火质量缺陷及控制大全
作者: 发布日期:2018/09/29 关注次数:654

 钢件淬火后可以提高其强度、硬度及耐磨性,但是工件的原始尺寸或形状在淬火时会发生人们所不希望的变化,这此变化会成为影响产品质量的缺陷,减小或是避免这些缺陷,首先我们就要知道淬火会产生哪些的缺陷,其形成原因是什么,并找到对应的解决办法。质量缺陷及控制从以下几方面进行阐述。

 

1.淬火畸变

淬火畸变的类型可分为两类,即体积畸变和形状畸变。

淬火前后各种组织比体积不同是引起体积变化的主要原因。由马氏体→贝氏体→珠光体→奥氏体的比体积依次减小。原始组织为珠光体的工件淬火转变为马氏体,体积胀大。若组织有大量残留奥氏体,有可能使体积缩小。只有精度特别高的工件才考虑体积均匀胀大引起体积尺寸变化。

 

工件各部位相对位置或尺寸发生变化,如板杆件弯曲、内孔胀缩、孔间距变化等统称为形状畸变。畸变形成原因有以下几种:

(1)加热温度不均匀,形成的热应力引起畸变或工件在炉中放置不合理,在高温常因自重产生蠕变畸变。

(2)加热时,随加热温度升高,钢的屈服强度降低,已存在工件内部的残留应力(冷变形应力、焊接应力、机加工应力等)达到高温下的屈服强度时,就会引起工件不均匀塑性变形而造成形状畸变和残留应力松弛。

(3)冷却时的不同时性形成的热应力和组织应力使工件局部塑性变形。形状复杂的工件,因其结构的特殊性,在淬火时,因受热和冷却时的速度不一样,增加了它的变形倾向。

 

2.减少淬火畸变的途径和方法

(1)采用合理的工艺可有效减少畸变。如降低淬火加热温度;缓慢加热或对工件进行预热;静止加热法,极细长和极薄的工件,为了减少盐浴磁搅拌对工件的冲击作用,可采用断电加热;截面尺寸较小的工件,如果对心部强度要求不高,采用快速加热;合理捆扎和吊挂工件;根据工作的形状采用合理的淬入方式;采用分级淬火或等温淬火;根据工件的形状特点及变形规律,在前人为地使工件反向变形,使之与淬火后的畸变相抵消。

 

(2)合理设计零件。如工件形状力求对称,避免截面相差悬殊,从而减少因冷却不均引起的畸变;易畸变的槽形工件或开口工件,为了减少槽口胀大或缩小,淬火前使其成为封闭结构,如在槽口处增加筋,淬火后再切开;布设工艺孔,减少型腔缩小;复杂件采用组合结构,即将一个复杂工件分解成几个简单部分,分别施微畸变淬火后,再组装起来;正确选用钢材,如对精度高,允许热处理畸变小的工模具,可选用微畸变钢,高精度塑料模具也可选用预硬钢。

 

(3)合理的锻造和预备热处理。严重的碳化物偏析、带状组织使淬火畸变呈各向异性或不规则性,通过锻造改善碳化物分布,不仅能减少畸变,对提高工件的使用寿命也有利。

 

3.畸变的校正

对于热处理后零件产生的畸变,可采用冷压校直、热点校直、趁热校直、回火校直、反击校直、缩孔处理等方法。

 

冷压校直是将弯曲工件在凸出的最高点施加外力,使之发生塑性变形,这种方法适合硬度低于35hrc的轴类工件;热点校直是用氧乙炔火焰加热凸起部分,然后用水或油迅速冷却,使受热部分在热应力作用下收缩,这种方法适用于硬度大于35~40hrc的工件;趁热校直是工件淬火冷至ms温度附近,利用奥氏体良好的塑性和相变超塑性,使畸变得到校正;回火校正是将工件施加外力,再进行回火,回火温度高于300℃;反击校直是用钢锤连续敲击凹处,使工件小面积产生塑性变形;缩孔处理是将淬火后胀大的工件,加热至600~700℃透红,为防止孔内进水,用两块薄板盖住工件两端,迅速投入水中急冷,利用热应力使孔收缩,经过一次或多次重复操作,可使胀大的孔得到校正。

 

4.淬火开裂

淬火开裂是热处理应力超过材料的断裂强度引起的开裂现象。裂纹呈断续的串联分布,断口有淬火油或盐水的痕迹,无氧化色,裂纹的两侧也无脱碳现象。产生淬火裂纹的场合及原因有下几点:

 

(1)材料管理混乱,误把高碳钢或高碳合金钢当成低、中碳钢使用,采用水淬。

 

(2)冷却不当。在ms温度以下快冷,因组织应力大引起开裂。如水-油双介质淬火,在水中停留时间长,淬火油中含有过多水分。

 

(3)未淬透工件心部硬度为36~45hrc时,在淬硬层与非淬硬层交界处形成淬火裂纹。心部硬度小于36hrc,交界处拉硬力得到消减。心部硬度大于45hrc,说明已有马氏体组织,拉应力峰值降低,开裂倾向减小。

 

(4)具有最危险淬裂尺寸的工件易形成淬火裂纹。工件全部淬透时有一最危险的淬裂尺寸,其直径是:水淬时为8~15mm;油淬时为25~40mm。尺寸小于最危险淬裂尺寸时,心部与表面温差小,淬硬力小,不易开裂,反之增大,但拉应力峰远离表面,淬裂倾向反而减小。

 

(5)严重表面脱碳易形成网状裂纹。脱碳层马氏体比体积小,受到拉应力作用,易形成网状裂纹。

 

(6)内径较小的深孔工件,内表面冷却较外表面小得多,残留热应力作用小,所受到的残留拉应力较外表面大,内壁易形成平行的纵向裂纹。

 

(7)淬火加热温度过高,引起晶粒粗化,晶界弱化,钢的脆断强度降低,淬火易开裂。

 

(8)重复淬火前未经中间退火,过热倾向大,前项的淬火应力未能完全消除,以及多次加热引起的表面脱碳,都会促使淬火开裂。

 

(8)大截面高合金钢工件淬火加热时未经预热或加热速度过快,加热时的热应力或组织应力增大,引起开裂。

 

(10)原始组织不良,如高碳钢球化退火质量欠佳,其组织是片状或点状珠光体,热热倾向大;晶粒粗化,马氏体含量高,淬火开裂倾向大。

 

(11)原材料显微裂纹,非金属夹杂物,严重碳化物偏析淬火开裂倾向增大。如非金属加杂物或严重碳化物沿轧制方向形成带状公布,由于力学性能各向异性,其横向性能比纵向性能低30%~50%,在表面最大拉应力作用下,常沿非金属夹杂物或碳化物分布方向呈纵向裂纹。

 

(12)锻造裂纹在淬火时扩大。在变通炉内淬火加热时,开裂的破断面上有黑色的氧化皮,裂纹两侧有脱碳层。

 

(13)过烧裂纹。裂纹多呈网状,晶界有氧化和熔化现象。

 

(14)淬透性低的钢,用钳子夹持淬火时,被夹持部位淬火冷的慢,有非马氏体组织,钳口位于淬硬层与非淬硬层交界处,其拉应力大,易开裂。

 

(15)高速钢、高铬钢分级淬火,工件未冷至室温,急于清洗(因ms以下快冷)引起开裂。

 

(16)深冷处理因急冷急热形成的热应力和组织应力都比较大,且低温材料的脆断强度低,易产生淬火开裂。

 

(17)淬火后未及时回火,工件内部的显微裂纹在淬火应力的作用下扩展形成宏观裂纹。

 

5.防止淬火开裂的措施

(1)改进工件结构。截面力求均匀,不同截面处应有圆角过渡,尽量减少不通孔、尖角,避免应力集中引起的开裂。

(2)合理选择钢材。形状复杂易开裂的工件,应选择淬透性高的合金钢制造,以便采用冷速缓慢的淬火介质,减少淬火应力。

(3)原材料应避免显微裂纹及严重的非金属夹杂物和碳化物偏析。

(4)正确进行预先热处理,避免正火、退火组织缺陷。

(5)正确选择加热参数。

(6)合理选用淬火介质和淬火方法。

(7)对工件易开裂部位,如尖角、薄壁、孔等进行局部包扎。

(8)易开裂工件淬火后应及时回火或带温回火。

 

6.硬度不足

工件淬火后表面硬度低于所用钢材应有淬火硬度值称为硬度不足。产生硬度不足的原因有多种,控制措施见表1。

表 1

序号

淬火硬度不足的原因

控制措施

1

介质冷却能力差,工件表面有铁素体、托氏体等非马氏体组织

采用冷却较快的淬火介质;适当提高淬火加热温度

2

淬火加热温度低,或预冷时间长,淬火冷却速度低,出现非马氏体组织

在确保淬火加热温度正常的前提下;减少预冷时间

3

亚共析钢加热不足有未溶铁素体

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