5CrMnMo淬火裂纹的研究(8)

有资料介绍，尖角处的应力约为平滑面部位的10倍左右，有人称尖角是导致淬火裂纹的致命因素。因此，尖角的转角处最好做成半径R=3～5mm的圆角，若做不到，那怕有1mm半径的圆角或倒一下角也是好的。有人做过试验，当半径为5mm时，尖角的影响减半，半径为15mm时则被全部消除。

防止或减少此类零件淬火裂纹的措施：

（1）改善零件的不良形状，如在其壁厚处开工艺口；在其壁薄处加加强筋；将厚薄悬殊部位做成一定斜度；在满足零件性能要求的前提下，将壁厚部分和壁薄部分做成组合件。 （2）直径比较大的零件最好做成空心的。 （3）尖角改成圆角，那怕有1mm的圆角或倒角也好。

（4）孔的入口处和出口处往往容易发生淬火裂纹，在出入口处倒一下角，最好用粘土或石棉泥将孔堵上，使其不产生缺口效应。

（5）对结构复杂、截面厚薄相差较大的工件，可选用淬透性大的钢材，以便在冷却时能选用分级淬火等缓慢的冷却方式，这样既能满足硬度要求又能防止产生淬火裂纹。

（6）在淬火操作上注意不要冷透，最好冷到50～60℃左右（用手可以触摸的程度），不经清洗在盐浴炉中立即回火，使淬火应力得到及时消除，对防止淬火裂纹起到很好的作用。 17. 冲刻标记与机械加工不当造成零件表面缺陷引起的淬火裂纹

用尖锐的字头在零件表面冲刻标记或机械加工不当造成零件表面有较深的刀纹时，在这些部位造成应力集中容易引发零件的淬火裂纹。图10 为由冲刻标记造成的淬火裂纹。

图10 从刻印标记处产生的淬火裂纹

防止由此产生淬火裂纹的办法是：不要在零件表面冲刻各种标记，实在需要有标记时，可用万能笔书写等办法解决；机械加工时不能使工件表面加工的过于粗糙，更不要造成深的刀纹。 18. 冷处理与冷处理裂纹

一般来说，冷处理原则上应在工件淬火后内外完全冷至室温后立即进行，因此说冷处理实际就是淬火过程的继续。其目的是将组织中残余奥氏体更多、更完全地转变为马氏体，以提高工件的硬度、强度、耐磨性和尺寸的稳定性。对高速钢来说还可以减少回火次数。

冷处理有采用固态二氧化碳、酒精等冰冷剂（-78℃至-80℃）的普通冷处理和采用液氮（-196℃）的超冷处理等两种。生产中主要采用普通冷处理。

零件冷处理时发生裂纹是经常遇到的问题，这是由于淬火冷却时产生的淬火应力因冷处理而增大了，再有冷处理使大量残余奥氏体转变成马氏体而产生的相变应力，这两方面的应力叠加在一起往往就会产生与淬火裂纹相同的裂纹，这就是冷处理裂纹。

如何防止冷处理裂纹的发生呢？零件淬火冷透后就应立即进行冷处理，但在实际生产中很难这样做，因淬火后立即冷处理产生裂纹的概率很大。英国G·S·考普认为：为了得到较好的效果，冷处理应采用连续冷却，但是这时形成裂纹的危险性又会显著增加，即便对形状简单的工具也是如此。日本大和久认为：为了防止冷处理裂纹，应在冷处理前于100～130℃略微回一下火，也就是说，在使残余奥氏体稍许稳定化、同时降低淬火应力之后，再进行冷处理，这样做可以说基本上可完全防止冷处理裂纹。

某工具厂热处理一批Cr12MoV钢制滚丝轮时，1130℃高温加热，油冷，淬火后硬度48～52HRC，完全冷却后于-78℃%冷处理。冷处理后发现沿键槽处开裂，几乎全军覆没。分析其原因，由于采用1130℃的高温加热，淬火冷却后残余奥氏体量可达85%左右，冷处理时将有大量残余奥氏体马氏体化，必然产生相当大的相变应力，发生开裂是难免的。后改为淬火油冷至室温，然后在500～520℃回火1h，再冷至室温进行冷处理，使一部分残余奥氏体在第一次回火冷却时发生了转变，这样一来相应就减少了冷处理时产生的应力，没有再发生裂纹。冷处理后再于500～520℃回火两次，每次1h，

回火后硬度60～62HRC。

如何进行冷处理及如何防止冷处理裂纹发生，各厂有不同的方法和措施。但有一条必须注意，冷处理前零件一定要冷透。另外，在对高速钢等高合金钢零件冷处理时不要连续降温，要分段降温，即在-20～-30℃停留20min左右，再继续降温到-70～-80℃。零件冷处理后不要立即从冷处理炉中取出，应等其温度回升到-30℃左右时取出，待零件完全恢复到室温后要及时回火，消除应力。 19. 焊接裂纹

这里所述焊接裂纹，是指对焊接刀具在焊缝处发生的裂纹。为节约昂贵的高速钢材，高速钢刀具的刃部使用高速钢制作，柄部使用45钢或40Cr钢等价格便宜的钢制作。为此，生产中用对焊的方法使两种钢材焊接在一起，这样在两种钢材之间有一条焊缝。若焊接质量不佳，在焊缝处存在气孔、氧化物夹杂或局部脱焊（没焊合）等，则在热处理后都会出现裂纹，或在校直时焊缝开裂，断裂面多呈深褐色，有的还会有氧化皮等。

防止裂纹发生的措施：

（1）要严格按焊接工艺进行操作。

（2）要注意焊接前焊接坯料的对焊面一定要清理干净，不能生锈，更不能有氧化皮或其他脏物存在。 20. 敲击裂纹

这种裂纹主要发生在淬火后的杆状刀具在敲击校直时形成的裂纹。杆状刀具淬火后发生弯曲变形是经常发生的，只能用校直的办法来解决，当采用敲击校直时，若敲击用力过大或反复敲击，被敲击部分会引起冷作硬化，被敲击处的组织受到破坏而产生较大应力，甚至出现肉眼难以发现的微细裂纹，酸洗时或在长期存放与使用中便会产生裂纹，这就是敲击引起的敲击裂纹。

这种裂纹主要发生在淬火后的杆状刀具（如细长拉刀、长钻头等）敲击校直过程中。敲击校直的方法如图&&所示。将弯曲的工件放在钢铁制平台上，用锤子锤击工件弯曲的凹面，锤头要有一定的硬度，或用淬火回火后的剁刀置于弯曲工件的凹面，用锤子锤击剁刀的刀背。

图11 敲击校直示意图 1.剁刀 2.锤子 3.弯曲的工件 4.平台

为防止造成敲击裂纹，剁刀的刀刃不能太尖，要磨成一圆弧，敲击时不能用力过大，敲击点应均匀分布在凹面的一定范围内，不能集中在一个部位敲击，更不能多次反复敲击一点。敲击时要注意安全，戴好手套和防护面罩。

敲击过的工件最好不要酸洗，非要酸洗时酸洗时间要短，以防引起裂纹。敲击校直的方法一般适用在其他校直方法达不到目的时才使用，或弯曲量不大的工件采用敲击校直。建议尽量不采用或少采用这种校直方法。

零件热处理裂纹的分析与对策（5）

哈尔滨第一工具厂（黑龙江 150020） 祝国华 战祥丽

21. 热点校直(对称火焰校直)时产生的裂纹

热点校直是用氧乙炔火焰热点(加热)弯曲工件的凸面，是利用热涨冷缩的作用使弯曲的工件得以校直。热点要均匀分布在工件的凸面上，不要集中在一个部位上加热。热点的数量和分布情况，要根据弯曲工件的具体情况而定，如工件的弯曲量、弯曲部位和弯曲范围等。热点校直适用于细长的、直径或有效厚度不大的薄片工件的校直，如细长的轴类、芯杆、键槽拉刀、机用锯条以及锯片铣刀等。热点时若加热过快或重复热点一个部位，容易在热点处产生裂纹。

某厂在冬季用氧乙炔火焰校直Φ36mm、长580mm心杆(T8)时，冷却后发现热点处有裂纹发生。后采取在火焰校直前，将芯杆放在160～180℃预热炉中预热30min后再热点校直，裂纹不再发生。因冬季室温低．采取预热就相当于减小了加热速度．从而减小了热应力。 22. 酸洗裂纹

由于工件在酸洗时，会产生氢原子扩散到钢中，产生相当大的内应力，使钢的强度和塑性降低，脆性增大(被称为氢脆现象)。经过敲击过的工件，热点校直过的工件，焊接不良的刀具及回火不充分的对焊刀具，残余应力较大，在酸洗时极易产生酸洗裂纹。对焊刀具的酸洗裂纹其位置大都靠近焊缝处塑性较低的高速钢部分。热处理正常的对焊刀具在酸洗时，如果酸洗液浓度过高或酸洗时问过长，也会产生酸洗裂纹。

表2是某厂生产规格为25×5的弧型键槽铣刀，刃部材料为W18Cr4V钢，柄部为45钢，经1285℃分级淬火，560℃三次回火，每次lh，随后在不同浓度的酸洗液中酸洗2h，出现裂纹的情况。 表3所列为在相同浓度的酸洗液中经不同时间酸洗，出现裂纹的情况。

23. 因热处理不当引起的磨削裂纹

热处理后的工件在磨削过程中．因砂轮选择不合理磨削规范不合理或磨削的不规范，容易造成零件的磨削裂纹。同样，若热处理不当也能造成工件的磨削裂纹，如热处理后残余应力较大或残余奥氏体量较多，这种情况多为回火不充分造成。当工件回火不充分时，淬火应力得不到充分消除，这些应力与工件磨削时产生的应力叠加在一起就容易造成磨削裂纹。此外，工件若存在较多的残余奥氏体(如高合金钢)，则它们会因磨削而马氏体化，继续对之进行磨削，也容易产生磨削裂纹。工件渗碳时，若渗碳层中碳浓度太高，网状碳化物严重，零件在磨削加工中非常容易出现裂纹。 24. 回火裂纹

回火裂纹是指淬火的钢件进行回火时，因加热速度过快或冷却速度过急或是因组织变化而形成的裂纹。 (1) 快速回火加热引起的回火裂纹：若将淬火钢件快速加热，表层与内部会产生较大的温度梯度，而产生较大的内应力。不仅如此，由于淬火后的钢为马氏体组织，因而处于膨胀状态，若将淬火的钢快速加热，则在表面会引起收缩，而其内部仍处于膨胀状态，故表层受拉应力而使工件发生开裂。 (2) 回火加热后急冷引起的回火裂纹：这种情况多发生在回火产生二次硬化的高合金钢中，如高速钢或高铬模具钢(如Crl2、Crl2Mo、Crl2MoV钢)等，当从回火温度(500～560℃)急剧冷却时，残余奥氏体发生淬火，生成二次马氏体的应力很大，会形成与淬火裂纹相同的裂纹。其道理与淬火裂纹的形成是一样的。另外，这类钢中合金元素较多，导热性较差，若从回火温度急冷至室温，将产生很大的热应力，尤其是对那些大规格、形状复杂的高速钢工件，容易促使裂纹的发生。

防止回火裂纹的发生应注意回火加热与冷却时要缓慢进行。对出现二次硬化的高合金钢更应注意回火加热与冷却速度，对一般高速钢工件回火后在空气中缓冷即可。在寒冷的冬季对有效厚度比较大的高速钢

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