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淬火开裂分析
作者: 发布日期:2018/09/29 关注次数:627

淬火开裂分析

当工件中拉应力超过断裂强度时就会造成开裂。研究表明,热应力对变形影响较大,而
造成开裂的可能性很小。这是因为高温时,钢的塑性较好,在冷却初期的热应力作用下,心
部发生塑性变形而使应力降低,故不易开裂。冷却后期,热应力分布状态为表面受压,因此
更不容易开裂。而相变应力呈表面受拉状态,加之马氏体较脆,故容易开裂。
  1.淬火裂纹的类型
  研究指出,一般裂纹都是在淬火拉应力作用下产生的。因此,淬火工件内部的拉应力是
产生裂纹的主要危险来源。淬火裂纹的实质是在淬火拉应力作用下造成的脆性断裂。淬火裂
纹的特征是:端部有尖角,断口呈银灰色,断口表面无脱碳层,裂纹比较平直;而锻造裂纹
表面发生了脱碳,易与纯淬火裂纹区别开来。
    (1)纵向裂纹纵向裂纹又称轴向裂纹,其开裂的走向大体平行于轴向(图10—
8)。纵向裂纹由工件表面裂向心部,其深度较大。纵向开裂是工件表面存在较大的切向
拉应力引起的,常发生于完全淬透的工件,并与钢的碳含量、工件尺寸及原材料缺陷等
因素有关。    ’
    实践证明,工件的纵向开裂有明显的“尺寸效应”。直径小的工件,表面与心部温差
小,淬火应力也小,不易淬裂。直径较大的工件表面层的热应力较大,心部淬不透,故冷却
后心部受拉应力而表面受压应力,也不易产生开裂。在二者之间,在完全淬透情况下,工件
有一个淬裂的“危险”尺寸,如碳素钢水淬时该尺寸一般为直径8~15mm,油淬时该尺寸
为直径25—40mm。对尺寸处于此范围的工件,应慎重选择淬火方法和淬火介质。
    (2)横向(弧形)裂纹横向裂纹大体与工件轴向垂直,其形态如图10—9所示。横
向裂纹多见于未淬透的截面较大工件(如轧辊、发电机转子等),这是由于在淬硬区与未淬
硬区之间的过渡区存在一个很大的轴向拉应力,其值超过材料的断裂强度时,即形成横向裂
纹并扩展到零件表面。弧形裂纹多见于表面淬火件的硬化区与非硬化区之间的过渡区,及有
凹槽、孑l、凸棱的工件。这两种裂纹多产生于工件内部,有时会使零件横向裂开。
  (3)表面网状裂纹表面网状裂纹又称表面龟裂,其形状如图10一10、图10一11所
示,其深度较浅(0.0l~1.5mm)。这种裂纹的主要特征是裂纹具有任意方向,与零件的形
状无关,但却与裂纹的深度有关。当裂纹较浅时,零件表面上形成细小的网状裂纹;当裂纹
较深时,则表面裂纹不一定呈网状分布(图10—11)。
    网状裂纹的形成原因是由于表面组织的比体积小于心部,从而在表面形成多向拉应力所
致。如表面脱碳的零件淬火时,表面碳含量低,马氏体比体积小;内部碳含量高,马氏体比
体积大,结果表面受多向拉应力作用而形成网状裂纹。
    (4)剥离裂纹剥离裂纹又称表面剥落,如图10—12所示,主要发生在表面淬火件和
化学热处理件,一般是沿淬硬层或扩散层发生表
面剥落。例如,零件经渗碳淬火时,其渗碳层淬
火成马氏体,其内部过渡层可能得到托氏体,心
部则仍保持原始组织。由于马氏体的比体积大,
膨胀时受到内部的牵制,使得马氏体层呈现压应
力状态,但接近马氏体层极薄的过渡层具有拉应
力。剥离裂纹就产生在拉应力向压应力急剧过渡
的极薄的区域内。
    (5)显微裂纹前几种裂纹都是宏观内应力所致,而显微裂纹是由微观应力(第二类应力)造成的。这种裂纹需在显微镜下才能观
察到。显微裂纹往往产生在原奥氏体晶界处或马氏体片的交界处。研究表明,显微裂纹多见
于过热的高碳钢或渗碳件的片状马氏体中。显微裂纹会显著降低工件的强度、塑性等力学性
能,威胁工件运转的安全性并导致零件的早期断裂。

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