鍛造裂紋與熱處理裂紋區(qū)別

一、鍛造裂紋與熱處理裂紋形態(tài)

鍛造裂紋一般在高溫時形成，鍛造變形時由于裂紋擴大并接觸空氣，故在100X或500X的顯微鏡下觀察，可見到裂紋內充有氧化皮，且兩側是脫碳的，組織為鐵素體，其形態(tài)特征是裂紋比較粗壯且一般經多條形式存在，無明細尖端，比較圓純，無明細的方向性，除以上典型形態(tài)外，有時會出現(xiàn)有些鍛造裂紋比較細。裂紋周圍不是全脫碳而是半脫碳。

淬火加熱過程中產生的裂紋與鍛造加熱過程形成的裂紋在性質和形態(tài)上有明顯的差別。對結構鋼而言，熱處理溫度一般較鍛造溫度要低得多，即使是高速鋼、高合金鋼其加熱保溫時間則遠遠小于鍛造溫度。由于熱處理加熱溫度偏高，保溫時間過長或快速加熱，均會在加熱過程中產生早期開裂。產生沿著較粗大晶粒邊界分布的裂紋；裂紋兩側略有脫碳組織，零件加熱速度過快，也會產生早期開裂，這種裂紋兩側無明顯脫碳，但裂紋內及其尾部充有氧化皮。有時因高溫儀器失靈，溫度非常高，致使零件的組織極粗大，其裂紋沿粗大晶粒邊界分布。結構鋼常見的缺陷：

1 、鍛造缺陷   （1）過熱、過燒：主要特征是晶粒粗大，有明顯的魏氏組織。出現(xiàn)過燒說明加熱溫度高、斷口晶粒粗大，凹凸不平，無金屬光澤，晶界周圍有氧化脫碳現(xiàn)象。（2）鍛造裂紋：常產生于組織粗大，應力集中處或合金元素偏析處，裂紋內部常充滿氧化皮。鍛造溫度高，或者終端溫度低，都容易產生裂紋。還有一種裂紋是鍛造后噴水冷卻后形成的。（3）折疊：沖孔、切料、刀板磨損、鍛造粗糙等原因造成了表面缺陷，在后續(xù)鍛造時，將表面氧化皮等缺陷卷入鍛件本體內而形成折縫。在顯微鏡上觀察時，可發(fā)現(xiàn)折疊周圍有明顯脫碳。

2 、熱處理缺陷  （1）淬裂：其特點是剛健挺直，呈穿晶分布，起始點較寬，尾部細長曲折。此種裂紋多產生于馬氏體轉變之后，故裂紋周圍的顯微組織與其它區(qū)域無明顯區(qū)別，也無脫碳現(xiàn)象。（2）過熱：顯微組織粗大，如果是輕度過熱，可采用二次淬火來挽救。（3）過燒：除晶粒粗大外，部分晶粒已趨于熔化，晶界極粗。（4）軟點：顯微組織有塊狀或網狀屈氏體和未溶鐵素體等。加熱不足，保溫時間不夠，冷卻不均勻都會產生軟點。

二、鍛造裂紋與熱處理裂紋產生原因

鍛造裂紋：鋼在鍛造過程中，由于鋼材存在表面及內部缺陷，如發(fā)紋、砂眼、裂紋、夾雜物、皮下氣泡、縮  孔、白點和夾層等，都可能成為鍛打開裂的原因。另外，由于鍛打工藝不良或操作不當，如過熱、過燒或終鍛溫度太低，鍛后冷卻速度過快等，也會造成鍛件開裂。熱處理裂紋：淬火裂紋是宏觀裂紋，主要由宏觀應力引起。在實際生產過程中，鋼制工件常由于結構設計不合理，鋼材選擇不當、淬火溫度控制不正確、淬火冷速不合適等因素，一方面增大淬火內應力，會使已形成的淬火顯微裂紋擴展，形成宏觀的淬火裂紋，另一方面，由于增大了顯微裂紋的敏感度，增加了顯微裂紋的數(shù)量，降低了鋼材的脆斷抗力Sk,從而增大淬火裂紋的形成可能性。

影響淬裂的因素很多，這里僅將生產中常碰到的幾種情況作一介紹：

1.原材料已有缺陷而導致的淬裂：

如果原材料表面和內部有裂紋或夾雜物等缺陷，在淬火之前未發(fā)現(xiàn)，有可能形成淬火裂紋。

2、夾雜物導致的開裂：

如果零件內部夾雜物嚴重，或本身因夾雜物嚴重已經隱藏有裂紋，淬火時將有可能產生裂紋。

3、因原始組織不良而導致的淬裂：

4、淬火溫度不當造成的淬裂：

淬火溫度不當引起零件淬裂，一般有兩種情況：

（1）儀表指示溫度低于爐子的實際溫度，使淬火溫度偏高，造成淬火過熱，導致工件發(fā)生開裂。凡是過熱淬火開裂的金相組織均存在晶粒粗大和粗大的馬氏體。

（2）鋼件實際含碳量高于鋼材牌號所規(guī)定的含量，若按原牌號的正常淬火工藝淬火時，等于提高了鋼的淬火溫度，容易造成零件過熱和晶粒長大，使淬火時應力增大而引起淬裂。

5、淬火冷卻不當造成的淬裂：

淬火時由于冷卻不當，也會使零件產生淬裂事故。

6、機加工缺陷導致的淬裂由于機加工不良，在零件表面留下了粗而深的刀痕，盡管是很簡單的零件或不是應力集中的地方，也會在淬火時造成開裂，或在服役過程中發(fā)生早期損壞。

7、零件外形對淬火裂紋的影響零件幾何形狀不合理，或截面過度區(qū)厚薄相差 較大，在淬火時均易因應力集中產生裂紋

8、不及時回火導致的開裂淬火后不及時回火，將可能因淬火殘余應力過大而導致裂紋產生。

總之，應用金相方法進行缺陷分析是一項較為復雜的工作，由于零件失效有時是由多種因素所造成的，所以在實際工作中，應做多方面調查，掌握實情，并從多方面進行分析，以確保缺陷分析的準確性。

三、熱處理裂紋產生機理與磨削裂紋產生機理

熱處理裂紋：

產生機理：工件淬火后出現(xiàn)開裂是由內應力引起的。

內應力分為熱應力與相變應力。

1）工件在加熱或冷卻時，由于不同部位存在著溫度差而導致熱脹或冷縮不一致所引起的應力稱為熱應力。

2）淬火工件在加熱時，鐵素體和滲碳體轉變?yōu)閵W氏體，冷卻時又由奧氏體轉變?yōu)轳R氏體。由于不同組織的比容不同，故加熱冷卻過程中必然要發(fā)生體積變化。熱處理過程中由于工件表面與心部的溫差使各部位組織轉變不同時進行而產生的應力稱為相變應力。

淬火冷卻時，工件中的內應力超過材料的屈服點，就可能產生塑性變形，如內應力大于材料的抗拉強度，則工件將發(fā)生開裂。

磨削裂紋：

產生機理：

高的磨削溫度容易燒傷工件表面，使淬火鋼件表面退火，硬度降低。即使由于切削液的澆注，可能發(fā)生二次淬火，也會在工件表層產生張應力及微裂紋，降低零件的表面質量和使用壽命。

1、零件熱處理裂紋產生的原因

零件在熱處理過程中會產生很大的內應力(組織應力和熱應力)，當這些應力超過鋼的屈服強度時，會引起零件的變形；當應力更大，超過鋼的抗拉強度時，則會造成零件的開裂。

作用在零件上的應力有兩種：壓應力和拉應力。淬火時形成的拉應力是引起淬火裂紋的主要原因。但是當鋼的塑性較高時，即使有較大的拉應力也不會引起零件的開裂，比如沒有發(fā)生組織轉變的去應力退火，獲得較多殘留奧氏體的等溫淬火等。只有在應力較大，又具備了高硬度、脆性大的組織時，才容易造成零件的開裂。故淬火裂紋的形成必須同時存在兩個條件：一是具有脆性組織；二是拉應力超過了此時鋼的抗拉強度(當然其他情況也能促使零件裂紋發(fā)生，比如原材料缺陷、設計及機械加工不當造成的缺陷等)。

2、關于裂紋的類型

裂紋的分類方法各種各樣。按裂紋的方向分，有縱向裂紋、橫向裂紋、弧形裂紋和網狀裂紋(又稱龜裂)等；按裂紋發(fā)生的位置分，有表層裂紋(或稱表面裂紋)和內部裂紋；按裂紋發(fā)生在不同的工序分，有鍛造裂紋、焊接裂紋、淬火裂紋、回火裂紋、冷處理裂紋、酸洗裂紋及磨削裂紋等。零件在熱處理過程中以淬火裂紋為最多。

3、裂紋的分辨方法

如何區(qū)分究竟是淬火裂紋、回火裂紋、鍛造裂紋還是磨削裂紋等是很重要的，這樣便于準確查找裂紋發(fā)生在哪一工序，有利于分析裂紋產生的原因。

第一，注意淬火裂紋和磨削裂紋形態(tài)的不同。對于淬火時未發(fā)現(xiàn)而在磨削后才發(fā)現(xiàn)的裂紋，要區(qū)別是淬火裂紋還是磨削裂紋。在裂紋未附著污染物時比較容易，此時注意裂紋的形態(tài)，特別是裂紋發(fā)展的方向，磨削裂紋是垂直于磨削方向的，呈平行線形態(tài)，或呈龜甲狀裂紋。磨削裂紋的深度根淺，而淬火裂紋一般都比較深  比較大，與磨削方同無關，多呈直線刀割狀開裂。

第二，注意裂紋發(fā)生的部位。尖銳的凹凸轉角處、孔的邊緣處、刻印處、打鋼印處及機械加工造成的表面缺陷等部位，在這些部位發(fā)生的裂紋多屬淬火裂紋。

第三，通過觀察零件的裂斷面來區(qū)分是淬火裂紋還是淬火前的鍛造裂紋或其他情況造成的裂紋。若裂紋斷面呈白色或暗白色或淺紅色(水淬時造成的水銹)，均可斷定為淬火裂紋，若裂紋斷面呈深褐色，甚至有氧皮出現(xiàn)，那就不是淬火裂紋，系淬火前就存在的裂紋，是零件經過鍛造或壓延時形成的裂紋，這些裂紋都會因淬火而被擴大。因淬火裂紋基本上是在MS點以下時形成的，其斷面是不會被氧化的。

第四，在顯微組織中，淬火裂紋是沿晶界斷裂，若不是沿晶界斷裂，而是沿晶內斷裂，則屬于疲勞裂紋。

第五，如果裂紋周圍有脫碳層存在，那就不是淬火裂紋，而是淬火前就存在的裂紋，因為淬火裂紋是淬火冷卻時產生的，絕不會發(fā)生脫碳現(xiàn)象。

（來源：熱處理技術）