浅论淬火裂纹与非淬火裂纹的鉴别
高手零读杂谈：钢的淬透性及淬火缺陷
高手零读杂谈：钢的淬透性及淬火缺陷看到有大侠提到了45钢是不是应该渗碳的问题。
这个问题其实应该这么看，是不是应该渗碳、氰化，其实看需求。
45号钢是中碳钢，本身淬透性有，但是45号钢淬火只能得到马氏体组织，最多有微量渗碳体提高硬度。
对于一般的使用来说，如果只是强化材料，增加表面抗疲劳能力等，淬火+回火工艺是可以满足的。
但如果对于表面有特殊的耐磨要求时，我们就需要将表面的含碳量增加，使其在热处理过程中形成高硬度和耐磨性的网状渗碳体组织。
而这时，渗碳是需要的。
所以，对于一个材料应该选用怎样的具体工艺，本质上是根据设计需求来选择的，当有了确定的设计需求之后，我们才需要根据需求选择合适的组织来满足，然后才能谈具体应该用什么工艺。
我建议大家多看书，但不要背死书。
要掌握关键，按着这个关键去理解为什么要那么用。
好了，不多说了，继续主题。
读书：《金属材料及热处理》陆大纮许晋堃合编人民铁道出版社《材料工程基础》王昆林编清华大学出版社杂谈十三:钢的淬透性及淬火缺陷影响淬透性的因素。
钢的淬透性由其冷却速度决定。
临街冷却速度越小，也就意味着奥氏体越稳定，则淬透性越好。
因此，凡是影响奥氏体稳定的因素，均影响钢的淬透性。
1。
碳质量分数。
先说流行的观点吧。
首先说，对于碳钢，碳质量分数影响临街冷却速度，所谓的C线右移。
因此，对于亚共析钢，随着含碳量的增加，淬透性增加。
到共析钢时达到最大。
对于过共析钢，却正好相反，随着含碳量的增加，淬透性则降低。
流行观点认为，这是含碳量影响了临街冷却速度。
当然，我不是专门从事这方面的研究者。
但是从认知上讲，我并不太赞同这一形成理论。
首先，临街冷却速度对于大多数的第一印象是由等温冷却曲线得来的，也就是TTT图。
但我们很清楚，TTT图和CCT是很不同的。
比如对于亚共析钢，其珠光体转变的尖部甚至会落后于贝氏体转变的尖部。
所谓鼻尖位置便不再是以珠光体转变为基准。
此外，从淬透性的测定我们也清楚，淬透性的测定依据是半马氏体区的位置。
钢制零件形成淬火裂纹的原因分析
钢制零件形成淬火裂纹的原因分析钢制零件在生产过程中产生废品或在使用期间的失效，原因是多方面的，但淬火裂纹的出现却是一个重要原因。
由于零件在淬火过程中，表面和心部的冷却速度不一样，因此形成马氏体的先后也不一样。
当零件表面先形成马氏体时，便给尚处于奥氏体状态的心部以拉力，这时，由于奥氏体的塑性很好，此应力可以通过奥氏体的塑性变形而被松驰。
但是，当这部分奥氏体冷却下来向马氏体转变时，由于先期形成的马氏体硬度高，脆性大，塑性极小，故后形成的马氏体部分对它产生的拉应力迅速增大。
一旦超过材料的强度极限，就会引起开裂。
另外，即使这种拉应力没有超过材料的强度极限，但由于材料内部的缺陷而造成强度降低，也会引起开裂。
这就是引起淬火开裂的物理机理，在实际生产过程中，又具体以8种形式表现出来。
1原材料已有缺陷而导致的淬裂如果原材料表面和内部有裂纹，在热处理之前未发现，有可能形成淬火裂纹。
在金相显微镜下观察，该裂纹两侧有脱碳层，且脱碳层中铁素体的晶粒粗大。
铸造2夹杂物导致的淬裂如果零件内夹杂物严重，容易造成应力集中，淬火时将有可能产生裂纹。
3因原始组织不良而导致的淬裂(1)若钢的显微组织具有严重的带状偏析或化学成分严重偏析，在淬火时会引起极大的组织转变应力。
再者，碳化物聚集处易发生过烧现象，因而使零件容易发生开裂。
(2)如果钢在淬火前残余内应力较大，在淬火时容易造成开裂，出现该情况的零件，往往存在晶粒粗大，有魏氏组织等现象。
(3)零件经一次淬火后若需返修，在第二次淬火前又未经消除组织应力，则有可能在第二次淬火中产生裂纹，其裂纹往往沿着第一次的淬硬层分布。
4淬火温度不当而造成的两种淬裂(1)仪表的指示温度低于炉子实际温度，使实际淬火温度偏高，造成过热淬火，导致零件发生开裂。
凡过热淬火开裂的显微组织，均存在着晶粒粗大和粗大马氏体，产生的裂纹主要以沿晶的形式存在。
(2)钢件实际含碳量高于钢材牌号所规定的含量，若按原牌号作正常工艺淬火时，等于提高了钢的淬火温度，故容易造成零件过热和晶粒长大，使淬火时应力增大而可能引起淬裂。
模具钢淬火十种裂纹分析与措施
措施
优化模具钢的化学成分，降 低杂质含量。在淬火过程中 ，采用缓慢的冷却速度，以 减少热应力。对模具进行精 细加工，避免应力集中。
弧形裂纹分析
01 总结词
淬火后，模具钢表面出现弧形 裂纹。
03
02
原因
04
详细描述
弧形裂纹表现为在模具钢表面呈 弧形分布的细小裂纹，这些裂纹 一般不深入到材料内部。
模具钢的化学成分、加热和冷却 速度、应力集中等因素都可能导 致弧形裂纹的产生。
措施
优化模具钢的化学成分，降低杂 质含量。在淬火过程中，采用缓 慢的冷却速度，以减少热应力。 对模具进行精细加工，避免应力 集中。
龟裂分析
第一季度
第二季度
第三季度
第四季度
总结词
淬火后，模具钢表面出 现龟裂。
详细描述
龟裂表现为在模具钢表 面呈龟甲状分布的细小 裂纹，这些裂纹一般不
深入到材料内部。
原因
淬火介质选择
选择合适的淬火介质，避免因介质 不良引起淬火裂纹。
淬火冷却速度控制
合理控制淬火冷却速度，避免因冷 却过快引起淬火裂纹。
模具钢淬火后的预防措施
回火处理
对淬火后的模具进行适当的回火 处理，消除内应力，提高韧性。
表面强化处理
对模具表面进行强化处理，提高 表面硬度和抗疲劳性能。
模具维护保养
定期对模具进行维护保养，保持 模具良好的使用状态。
针对表面裂纹的防止措施与优化建议
防止措施
降低钢中的含碳量，加入适量的Cr、 Mn等合金元素；降低淬火温度和冷 却速度。
优化建议
选用淬透性好的模具钢，避免使用高 碳、高合金模具钢。
针对纵裂纹的防止措施与优化建议
防止措施
淬火处理常见裂纹类型及预防措施
淬火处理常见裂纹类型及预防措施汇报人：日期:•淬火处理概述•淬火处理常见裂纹类型•淬火处理裂纹的预防措施目录•淬火处理的质量控制•淬火处理技术的发展趋势01淬火处理概述0102淬火处理的目的和原理淬火处理的原理是将金属材料加热到一定温度后迅速冷却，通过快速冷却使金属内部结构发生改变，从而实现性能的提升。
淬火处理的目的是提高金属材料的强度、硬度、耐磨性和韧性等性能。
将金属材料加热到一定温度。
保温一定时间，使金属内部结构调整均匀。
迅速冷却，使金属内部结构发生改变。
回火处理，进一步稳定金属内部结构，提高性能。
01020304淬火处理的基本步骤02淬火处理常见裂纹类型应力裂纹是在淬火过程中，由于工件内部温度不均匀，导致局部区域产生拉应力而产生的裂纹。
定义淬火过程中，工件内部温度变化大，导致内应力集中，尤其是在工件形状复杂或截面尺寸变化剧烈时，更容易产生应力裂纹。
原因采用缓慢淬火工艺，减小工件内外温差，降低淬火应力；合理设计工件结构，避免截面尺寸变化剧烈。
预防措施原因淬火后，工件内部仍存在一定的残余应力，当这些应力超过材料的屈服强度时，就会产生延迟裂纹。
定义延迟裂纹是淬火后，在工件冷却过程中，由于工件内部存在淬火应力，随着时间的推移，应力逐渐释放而产生的裂纹。
预防措施优化淬火工艺，降低淬火应力；淬火后进行回火处理，进一步释放内应力；采用喷丸、碾压等表面强化处理工艺，提高工件表面强度和抗疲劳性能。
淬火裂纹是由于淬火过程中，工件内部或表面局部区域温度过高或过低，导致相变不均匀，产生裂纹或开裂现象。
定义淬火过程中，工件内部或表面局部温度过高或过低，导致相变不均匀，产生淬火裂纹；淬火介质选择不当或冷却条件不良，也会引起淬火裂纹。
原因合理选择淬火介质和冷却条件；采用预冷、分级淬火等工艺措施，减小温度变化梯度；优化淬火工艺参数，避免出现过热、过冷现象。
预防措施淬火裂纹03淬火处理裂纹的预防措施预冷处理在淬火前进行预冷处理，可以减少工件在淬火过程中的温度变化，从而降低热应力。
淬火裂纹分析
淬火裂纹1 淬火裂纹：淬火工艺主要用于钢件，是将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms（马氏体转变起始温度）以下（或Ms附近等温）进行马氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺。
淬火裂纹是指在淬火过程中或在淬火后的室温放置过程中产生的裂纹，后者又叫时效裂纹。
裂纹的分布没有一定的规律，但一般容易在工件的尖角、截面突变处形成。
造成淬火开裂的根本原因是拉应力超过材料的断裂强度，或者虽未超过材料的断裂强度，但材料由于存在内部缺陷也会发生开裂。
造成淬火开裂的具体原因很多，分析时应根据裂纹特征加以区分。
2 淬火裂纹的成因：马氏体的本质脆性是淬火裂纹的内因，而马氏体的晶体结构、化学成分、冶金缺陷等是马氏体本质脆性的影响因素；各种工艺条件、零件尺寸形状等引起的宏观内应力的大小、方向、分布状态等是淬火裂纹的外因。
下面将从微观到宏观，从内部到外部对钢件的淬火裂纹进行分析。
2.1 马氏体本质脆性—钢件淬火裂纹的内因：众所周知，中高碳钢淬火后，其韧性低，脆性大，易产生显微裂纹和宏观开裂。
这主要是由马氏体的本质脆性决定的。
而马氏体的本质脆性又决定于材料的冶金质量、含碳量和合金元素、原始组织状态、马氏体的组织结构、显微应力及显微裂纹等。
图1 淬火裂纹的宏观形态图2.1.1 材料冶金质量缩孔和严重的轧制缺陷造成材料明显的不均匀性，这时材料是不宜进行热处理的。
而不少材料的冶金缺陷均可能单独与宏观或微观的内应力发生作用，促发淬火裂纹。
这些冶金质量问题包括：宏观偏析、固溶体偏析、固溶氢、锻轧缺陷、夹渣、铁素体珠光体带状组织及碳化物带状组织等。
图2 沿夹杂物扩展的淬火裂纹2.1.2 材料含碳量和合金元素含碳量增加将降低马氏体的断裂强度。
根据脆性固体理论断裂强度：，其中E、d值与含碳量相关，含碳量提高，马氏体中铁原子间结合力降低，弹形模量也降低，钢的断裂强度也随之降低。
热处理淬火裂纹和磨削裂纹
热处理淬火裂纹和磨削裂纹齿轮生产中常常产生淬火裂纹及磨削裂纹，最终导致产品报废，所以分析研究裂纹产生的原因、影响因素及其克服的办法是重要而有意义的。
1、淬火裂纹1.1 淬火裂纹的类型淬火裂纹的类型，或特征与淬火内应力密切相关（图1）。
图1 淬火裂纹类型及形成裂纹的内应力其中特别应指出的是最为常见的纵向裂纹和横向裂纹。
（1）纵向裂纹（见图中的左上）这类裂纹主要发生在淬透工件，以组织应力为主在表面形成拉应力，而且三向应力中切向应力大于轴向应力（图2）（2）横向裂纹（见图中的左上第二图）这类裂纹主要发生在未淬透工件，最终在表面形成压应力，而在层下相应存在一定的拉应力，而且三向应力中轴向应力大于切向应力（图3）1.2 淬火裂纹的裂面特征淬火裂纹的裂痕面无杂色。
水淬时可能有红锈斑，油淬时有油渍。
图3 含ω（C）1%，ω（V）0.2%钢圆柱试样（Ф18mm）自800℃水淬后未淬透的心部大小对残留应力的影响因为淬火裂纹发生在250℃以下（Ms点以下），因而裂痕面不会有氧化。
若裂痕面有氧化或脱碳，则应视为锻造裂纹，或淬火前就存在的裂纹，在淬火后加深、扩大。
1.3 淬火裂纹的影响因素（1）合金元素合金元素的影响见图4。
C、Cr、Mo及Mn元素含量到一定程度即易引起淬火裂纹，P是最强的影响元素。
（2）钢的淬透性图5是钢淬裂倾向与淬透性的关系，即随着淬透性的提高，淬裂倾向增大。
（3）钢的Ms点当钢材的Ms点大于320℃，几乎不产生淬火裂纹（图6），这是因为在比较高的温度发生的马氏体转变立即得到回火，组织应力被降低。
（4）淬火温度通常，淬火温度越高越容易产生裂纹，然而，此现象与淬火深度亦即工件大小有密切的关系。
从图7来分析三种情况：a、第Ⅰ区，小工件淬火温度越高，淬火裂纹越易发生。
这是因为小工件温度越高，心部越容易淬硬，组织应力型占主导，表面拉应力增大。
b、第Ⅱ区，大工件淬火温度越高，越不容易产生淬火裂纹，这是因为对大工件，心部淬不透，所以其温度越高，能淬硬的心部体积增大，硬度提高，使表面压应力降低，相应，过渡区的拉应力也下降。
热处理缺陷
热处理缺陷一、淬火裂纹（一）淬火裂纹的类型和特征1. 纵向裂纹：沿工件纵向分布，裂纹较深而长，一条或几条。
产生原因：完全淬透，温度升高，裂纹倾向增大，尺寸较长而形状复杂的工件易产生纵向裂纹2. 横向裂纹：裂纹垂直于轴向，断口形貌由中心向四周发散，易长生于尺寸较大的工件，由于内外层马氏体相变不同时，相变应力较大产生3. 表面裂纹：呈网状，深度较浅，高频或火焰淬火时，加热未达到奥氏体化温度就快冷火加热到临界温度以上后冷速慢4. 剥离裂纹：表面淬火工件，表面淬硬层剥落或化学热处理后沿扩散层出现的表面剥落称玻璃裂纹。
裂纹平行于工件表面，潜伏在表皮下。
5. 淬火裂纹微观特征：抛光态下，曲折刚直，多沿晶扩展，也有穿晶、混晶扩展，裂纹两侧无脱碳，断口上无氧化色，呈脆性沿晶或混晶断裂。
（二）淬火裂纹形成机理钢中奥氏体向马氏体转变时体积增大所产生的应力导致淬火裂纹。
当钢淬火冷却时，在首先达到M s点温度的工件外层率先形成马氏体，发生体积膨胀，产生应力，外表面的马氏体膨胀几乎不受限制。
继续冷却当靠近中心部位的材料到达M s点温度时，新生的马氏体膨胀收到早已形成的外层马氏体的限制，产生使表面张开的内应力。
当马氏体大量形成所产生的内应力大于零件外层淬火状态的马氏体强度时，便出现开裂。
（三）影响淬火裂纹的因素1. 钢的化学成分：含碳、铬、钼、磷高易引起裂纹2. 材料缺陷：发纹、气泡、碳化物偏析、非金属夹杂、过热、折叠、微裂纹等3. 钢件形状结构：截面急剧变化的工件，有尖角、缺口、孔洞、槽口、冲压标记、刻痕、加工刀痕等应力集中部位易发生。
4. 淬火前原始组织：球状珠光体比片状珠光体不易产生淬火裂纹，因球状珠光体淬成马氏体时其比容变化小、应力小5. 淬火温度淬火温度高易产生裂纹，奥氏体晶粒粗大，淬透性提高，淬裂倾向大。
淬火温度与淬火裂纹发生率之间有三种情况：1）对于小型零件，淬火温度高，淬火裂纹发生率高2）对于大型零件，淬火温度高，淬火裂纹发生率低3）对于中型零件，裂纹发生有个转变温度6. 冷却速度冷速快，使表面产生压应力，内层为张应力，这种应力不易产生裂纹，但冷到马氏体转变点以下时产生相变应力，表面为张应力，易产生淬火裂纹。
热处理淬火开裂及预防
(4正确预先热处理,避免正火、退火组织缺陷(魏氏组织等。
(5正确选择加热参数。减少因加热温度过高、加热速度过快等原因引起的开裂。
(6正确的选择淬火介质和淬火工艺(方法。
(7合理的安排热处理工艺,尽量减少截面突变等容易引起冷却速度不均匀,应力增大的开裂现象。
(8对工件容易开裂的部位,如尖角、薄壁、孔等进行局部包扎。1、(9
3、
力较大,易在内孔壁上形成纵向分布的裂纹,从端面看呈放射状。
4、
时间差很大,形成很大的组织应力,以至产生裂纹。例如小件头部毛坯裂纹。5、应力集中引起裂纹钢件上有尖角、缺口等存在的情况下,易在淬火时造成Байду номын сангаас力集中而产生裂纹,尤其在应力集中和截面急剧变化的共同作用下淬裂危险更大。
6、网状裂纹这种裂纹具有任意方向性而与工件形状无关,网状裂纹的深度一般在0.01~0.15范围内,是一种表现裂纹,高碳工具钢和合金工具钢表面脱碳后淬火医形成网状裂纹。
(3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份。
(4未淬透工件心部硬度为36~45HRC时,在淬硬层中和非淬硬层交界处易形成淬火裂纹。
(5重复淬火前未经中间退火,过热倾向大,前项淬火的应力未能完全消
除,以及多次加热引起表面脱碳,都会促使淬火开裂。
(3具有最危险淬火尺寸的工件易形成淬火裂纹。工件的全部淬透时有一最危险的的淬火尺寸,其直径(或厚度是:水淬时约8~15㎜;油淬时约25~40㎜。尺寸小于最危险的尺寸时,心部与表面温差小,淬火应力小,不易开裂。工件尺寸大于最危险尺寸时,淬火应力虽然大,但拉应力峰值远离表面,淬火倾向反而减小。只有中间某一尺寸(最危险尺寸的工件,拉应力峰靠近表面,且数值也较大对淬裂最敏感。4、典型裂纹现象
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浅论淬火裂纹与非淬火裂纹的鉴别
摘要：本文说明淬火裂纹形成原因及预防，并阐述淬火裂纹、锻造裂纹、磨削裂纹的特性及区别。
引言：淬火裂纹是常见的淬火缺陷，产生的原因是多方面的。
因热处理的缺陷是从产品设计开始的，故预防裂纹产生的工作应该从产品设计抓起。
要正确地选择材料、合理地进行结构设计，提出恰当的热处理技术要求，妥善安排工艺路线，选择合理的加热温度、保温时间、加热介质、冷却介质、冷却方法和操作方式等。
一、材料方面
1)碳是影响淬裂倾向的一个重要因素。
碳含量提高，MS点降低，淬裂倾向增大。
因此，在满足基本性能如硬度、强度的条件下，应尽量选用较低的碳含量，以保证不易淬裂。
2)合金元素对淬裂倾向的影响主要体现在对淬透性、MS点，晶粒度长大倾向、脱碳的影响上。
合金元素通过对淬透性的影响，从而影响到淬裂倾向。
一般来说，淬透性增加，淬裂性增加，但淬透性增加的同时，却可以使用冷却能力弱的淬火介质以减少淬火变形的方法来防止复杂零件的变形与裂纹。
因此，对于形状复杂的零件，为了避免淬火裂纹，选择淬透性好的钢，并用冷却能力弱的淬火介质是一个较好的方案。
合金元素对MS点影响较大，一般来说，MS越低的钢，淬裂倾向越大，当MS点高时，相变生成的马氏体可能立刻被自回火，从而消除一部
分相变应力，可以避免发生淬裂。
因此，当碳含量确定后，应选用少量的合金元素，或者含对MS点影响较小的元素的钢种。
3)选择钢材时，应考虑过热敏感性。
过热较敏感的钢，容易产生裂纹，所以在选择材料时应引起重视
二、零件的结构设计
1)断面尺寸均匀。
断面尺寸急剧变化的零件，在热处理时，由于产生内应力而产生裂纹。
故设计时尽量避免断面尺寸突变。
壁厚要均匀。
必要时可在与用途无直接关系的厚壁部位开孔。
孔应尽量做成通孔。
对于厚不同的零件，可进行分体设计，待热处理后，再进行组装。
2)圆角过渡。
当零件有棱角、尖角、沟槽和横孔时，这些部位很容易产生应力集中，从而导致零件淬裂。
为此，零件应尽量设计成不发生应力集中的形状，在尖角处和台阶处加工成圆角。
3)形状因素造成的冷却速度差异。
零件淬火时冷却速度的快、慢随零件形状的不同而不同。
即使在同一零件上不同的部位，也会因各种因素而造成冷却速度的不同。
因此要尽量避免过大的冷却差异，以防止淬火裂纹。
三、热处理技术条件
1)尽量采用局部淬火或表面硬化。
2)根据零件服役条件需要，合理调整淬火件局部硬度。
局部淬火硬
度要求较低时，尽量不强求整体硬度一致。
3)注意钢材的质量效应。
4)避免在第一类回火脆性区回火。
四、合理安排工艺路线及工艺参数
当钢件的材料、结构和技术条件一经确定，热处理工艺人员就要进行工艺分析，确定合理的工艺路线，即正确安排预备热处理、冷加工和热加工等工序的位置并确定加热参数。
淬火裂纹：
1、500X下，呈锯齿状，起始端裂纹宽，结束断裂纹细小至无
2、微观分析:
异常冶金夹杂，裂纹形貌呈锯齿状延伸；用4%的硝酸酒精腐蚀后观察，没有脱碳现象，微观形貌见下图：
1＃样品
2＃样品
分析结论:
1、样品的成分符合标准要求并对应原始炉号成分。
2、由微观分析，样品裂纹处未发现异常冶金夹杂，没有脱碳现象，
裂纹呈锯齿状延伸，具有淬火裂纹的典型特征。
锻造裂纹：
1、典型材料原因导致的裂纹，边缘为氧化物，
2、微观观察
表面白亮层应为二次淬火层,二次淬火层下深黑色为高温回火层
分析结论：存在脱碳的裂纹要分辨是否是原材料裂纹，一般裂纹脱碳深度大于等于表面脱碳深度的为原材料裂纹，裂纹脱碳深度小于表面脱碳深度的锻造裂纹。