热处理的断裂及预防（二）

5  边廓裂纹

⑴边廓裂纹的形成条件 

①只能产生在尖棱角或外轮廓的附近； 

②快速淬火冷却条件下； 上述两项决定了裂纹形成处的组织应力值极大（组织转变快，截面温差小）。并且裂纹形成于淬火初期，此后随着冷却时间的延长，裂纹迅速扩展。在制定热处理工艺时必须要了解边廓裂纹的这个特点。

 ⑵边廓裂纹的宏观特征 

在轮廓或边棱的附近，并与之基本平行的单条或多条毛细裂纹；外宽内尖与零件外表面基本垂直且裂纹较浅。 

⑶加热温度及应力集中因素的影响 

①边廓裂纹在较低的淬火温度下就能产生，正常淬火温度已发育长大，过热条件下严重扩展。

②一般应力集中因素不产生影响，但表面机加工刀痕例外。在具有圆形轮廓的淬火零件上，边棱附近产生的边廓裂纹，几乎都是沿着圆形的机加工刀痕形成和扩展的。这是因为边棱附近的加工刀痕，恰好处在这类裂纹赖以形成的表面局部合成拉应力场的作用范围内。 

⑷边廓裂纹的预防措施 

①选用较缓和的淬火冷却介质； 

②淬火冷却介质的温度不可低于15℃，当低于5℃裂纹已不可避免； 

③加强人员培训和加强热处理生产的技术管理。

6  脱裂 

在某些回转体零件（如车轮、齿轮等）和圆柱体零件（如轴、销类）淬火时，有时在轮缘、齿圈和轴肩等部位乃至全部脱（崩）落的淬裂现象，就是脱裂。

⑴脱裂的形成规律 

①脱裂的产生的条件：     

热处理条件：表面加热淬火回转体零件和圆柱体零件，也产生在普通淬火的该类零件上。大多数脱裂产生在水冷淬火工艺条件下，油冷很少见。 

金相条件：大量金相分析确定，在形成脱裂的区域附近，有马氏体和屈氏体两相组织存在是脱裂形成的必要且充分条件。     

表面淬火时，在马氏体组织和原始组织区的珠光体型组织的分布，一般由相应的工艺条件决定。从工艺上采取措施（如端部留软带），消除截面组织的差异，便消除了脱裂赖以产生的组织条件。     

普通淬火时，通常由于局部几何结构的缓冷效应决定。如轴肩截面过渡处便是可能产生缓冷效应几何结构形式。由于不同原因（如水温过高）造成淬火介质冷却能力下降，导致轴类零件的端面、轴阶端面和其它具有局部几何结构缓冷效应的部位产生截面组织差异，进而形成脱裂。 

脱裂的形成和扩展都在全马氏体组织区内进行的。生产中形成的大多数脱裂，都是在马氏体无过热特征的情况下产生的，个别情况下也有马氏体十分粗大的现象。 

⑵脱裂的形成、扩展方式和宏观形态  

①脱肩：轴辊类零件的脱肩过程，先在端面的肩处（或边棱）附近启裂，通常多处同时（同一圆周或相距较近的同心圆上），然后沿垂直表面的方向向截面内部扩展，也同时沿圆周方向扩展为圆周裂纹；继而改向，沿圆弧面继续在截面内部朝轴肩附近的轴外圆表面上扩展，最终在此处露出外圆表面而呈弧形裂纹。

②脱圈：齿轮的脱圈首先在齿圈与辐板截面过渡处的拐角上开裂，然后由此向截面内部（沿弧面）扩展，同时也沿拐角（常为尖角）作周向扩展，最终使齿圈脱落。 

⑶影响因素 

①冷却速度：首先是局部冷速过快，于冷却最快的部位上形成淬火裂纹；其次，脱裂的产生又是淬火件局部部位的高温转变区内冷却显著减缓，从而产生截面组织差异，并由此引起局部合成拉应力的作用结果。在热处理生产实践中，冷速局部减缓的原因，一是局部几何结构自身的缓冷效应，二是热处理操作失误或是操作失误与局部几何结构作用的叠加。在产生截面组织差异的情况下，增加淬火介质于低温区内的冷却能力或淬火工件相关部位的冷却烈度，将会显著增加形成脱裂的危险性。 

②化学成分：钢中含碳量的显著提高或或些合金元素含量的增加，使钢的淬透性显著提高，将大大提高脱裂的敏感性。 

应力集中：对普通应力集中不敏感，但过深的机加工刀痕有明显的诱裂作用。 

⑷脱裂的预防措施  

①端部留软带：在表面淬火的辊类、轴类零件的端部预留适当宽度的未淬硬软带，能有效避免脱裂的产生。 

②正确选用淬火介质：表面淬火的截面组织差异是无法避免的，在确保淬硬的前提下，尽量选用缓和的冷却介质。 

③局部强冷，但应谨慎。 

④消除表面应力集中：避免截面的尖角过渡，并把表面的粗糙度加工到高于Ra12.5。 

⑤保证化学成分，防止含碳量或残余合金元素含量超标。

7  脱裂原因  

⑴淬火加热时感应圈与工件的相对移动速度过快，造成奥氏体相变不均匀，在淬火时，一小部分相对另一部分的基体含碳（合金元素）量不同，从而形成一部分为针状马氏体，另一部分为板条状，甚至为索氏体，引起组织与热应力的叠加形成。

(2)淬硬层不均匀，在某部分淬火形成最大切应力位于次表层，引起纵向裂纹。

(3)材料原始组织不合理，没有进行正火就进行中频调质。

(4)中频调质回火时的感应圈移动（或工件）快，形成圈式硬度不均，即一部分回火正常，另一部分没有很好的回火。

(5)材料的夹杂（Ｓ，Ｍｎ，硅酸盐，塑性夹杂，非金属夹杂等），有些在轧（锻造）制过程中补轧（锻）成长条状，引起局部应力集中造成裂纹。

8  检查裂纹的方法  

检查零件有无裂纹，最简单、最常用的方法是将零件喷砂后用肉眼直接观察，或使用放大镜观察零件的表面即可。当用眼睛或放大镜看不到裂纹时，还可用浸油探伤法检查。即将零件浸入到煤油、汽油等油中，稍后取出零件用棉纱擦拭干净，再涂以石灰粉或其他白粉，如有裂纹，则在白色部分有油渗出。有经验的检查人员还可以用敲击的方法检查出是否有裂纹，即用小锤等轻轻敲击零件，如果发出清晰的金属声音，尾音比较长，即可掣。为没有裂纹；反之，若发出重浊的声名，就出现了裂纹。还可以采用磁力探伤法及荧光探伤法检查零件是否有裂纹。

9  预防措施

（1）降低淬火加热温度，缩短保温时间。

（2）提高冷却介质的温度，由0摄氏度上升到15摄氏度以上。 

（3）增加淬火介质浓度，添加水玻璃，调整到工艺规定值上限。