金属热处理缺陷分析及案例.

（四）、淬火裂纹：
• 1、淬火目的：强化钢件，获得M。 • 2、类别：纵向裂纹、横向裂纹、网状裂纹和 剥离裂纹，最常见的是纵向裂纹（轴向裂纹） 且常出现于完全淬透的工件上。 • 3、纵向裂纹的原因： • 碳量增加、材质（夹杂物、碳化物）、尺寸、 形状（管件内壁）和淬火加热温度高。
4、淬火裂纹原因：
• • • • • • 主要形式： （1）表层碳化物过多、大块或网状分布； （2）残留A过多； （3）马氏体粗大； （4）内氧化； （5）黑 主要表现： 1、渗前原始F过多、回火S组织粗大； 2、化合物层疏松； 3、针状组织； 4、网状和脉状氮化物；
第六章
三、低、中碳钢预备热处理球化体级 别不合格： • • • • 补救措施： 1、等温球化退火； 2、缓冷球化退火； 3、再结晶球化退火。
四、感应加热淬火组织缺陷：
• 1、常见缺陷:过热和加热不足。 • 2、措施： • 合理选择电流频率、优选比功率和加热时 间、调整感应器与工件的间隙。
五、渗碳组织缺陷：
（二）、组织应力（相变应力）：
• 表层为拉应力，心部为压应力。
（三）、残余应力分布及影响因素：
• 取决于成分、淬透性、工件形状、尺寸和热处理 工艺等。 •
规
律：
• 1、尺寸及形状：尺寸增大，向热应力转化； 形状复杂或尺寸突变时在尺寸突变部位残余应 力增大。 • 2、淬透时：冷却越快，热应力越大； • 3、未淬透时：由组织应力和热应力综合作用。
• （3）、分级淬火：快冷至Ms点上保温 后空冷。如截面大、易变形开裂的高 碳、高速钢等，应采用2次或3次的逐 级分级淬火。 • （4）、马氏体等温淬火：冷却至Ms点 下50－100度等温保持。一般用油淬。 • （5）、薄壳淬火：即表层淬火。 • （6）、间断淬火：水－空－水－空－ 水冷至室温。此外还有浅冷淬火和局 部淬火。
第二章、热处理裂纹：
• (一)、产生原因：内应力作用下发 生，最终断裂。条件是内应力＞脆 断强度。 • (二)、断裂类别： • 1、裂纹按扩展程度：（失稳）可发 展裂纹、阻断裂纹（不断裂）。 • 2、断裂：脆性断裂和韧性断裂。多 数为脆性断裂（断口灰亮色）
（三）、加热不当形成的裂纹： • 升温速度过快（多出现于灰铸铁、 合金铸铁、高锰钢、高合金钢铸 件）、表面增碳或脱碳[合金钢、低 碳马氏体钢20SiMn2MoV，高锰钢 (Mn13)]、过热或过烧（高速钢、不 锈钢）、氢致裂纹（条件：足够氢、 对氢敏感的金相组织和三向应力。 措施：脱氢、低温回火、自然时效、 低氢淬火）
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金属热处理缺陷 分析及案例
授课内容：
• 第一部分： • 常见热处理缺陷的特征、产生原因、危害 性和预防措施。 • 第二部分： • 热处理质量全面控制体系。 • 第三部分： • 典型热处理缺陷案例分析。 • 第四部分： • 总结复习
• 第一部分 • 热处理缺陷特征、原因 及防止措施
E、淬火介质合适：
• 水：简单碳钢件或低淬透性零件。 • 盐水：冷速比水快，但开裂倾向小于 水。 • 碱水：与油相似，用于淬透性较差的 碳钢件，变形小、开裂小。 • 油：有普通、快速、等温油。 • 聚合物溶液：有聚乙烯醇（PVA）和 聚二醇（PAG）。
• F、其它措施： • 及时回火。局部包扎。 • （六）、其它热处理裂纹： • 回火裂纹：多出现于高速钢或高合金工 具钢。 • 冷处理裂纹：高速钢刀具、工模具冷至 －80度以下的淬火处理时易出现裂纹。 • 时效裂纹：高温合金多。 • 磨削裂纹：出现于淬硬工具钢或经渗碳、 碳氮共渗并淬火的零件。 • 电镀裂纹：由于内应力引起应力腐蚀裂 纹。
二、过热与过烧：
• • • • • （一）、区别: 过热：温度高导致晶粒粗大，性能降低。 过烧：温度高导致晶界氧化并部分熔化。 （二）、过热： 特点是晶粒粗大、淬火马氏体粗大、有魏氏组 织、网状碳化物、石墨化共晶组织等。预防措 施如表5－9所示。
（三）、过烧：
• 过烧使零件性能严重恶化，易产生热处理 裂纹，因而过烧是不允许的热处理缺陷。
• D、淬火方法合适： • 应选择增加热应力、减少相变应力的淬火 方式。 • （1）、预冷淬火（降温淬火或延迟淬火）。 • （2）、多介质淬火： • ①、双介质淬火：先强冷后弱冷，如水 －油、水－空、盐水－油、油－空气、碱－空 气。 • ②、三介质淬火：适用于形状复杂、变形 要求严格的零件如碳素钢零件。
(二)、热处理缺陷分析方法：
• 1、热处理缺陷的影响：直接影响产品质量、使用 性能和安全，所以准确分析和判断十分重要。 • 2、分析方法：断口分析(裂源位置、扩展方向、 断裂性质和方式)、化学分析(材料成分、沉积物、 氧化物)、金相分析(晶粒、组织、晶界)、力学性 能试验(硬度、拉伸、冲出、疲劳断裂韧度)、验 证试验(原工艺和改进工艺对比)、综合分析(得出 缺陷产生的几种主要原因，提出改进措施)。
第三章 • • • • •
热处理变形
一、产生原因：热处理应力引起。 二、对质量影响最大：淬火变形。 三、类别：尺寸变化和形状畸变。 四、影响因素： 1、成分(Mn、Cr、Si、Ni、Mo、B等 降低Ms点，减小淬火变形)。 • 工业上应用：微变形钢（含较多的Si、 W、V等合金元素）。
2、组织和应力状态：
• • • •
（四）、表面淬火件的残余应力： 表层为压应力，心部为拉应力。 （五）、化学热处理引起的残余应力： 经渗碳、碳氮共渗的零件，表层产生 很大的压应力、心部产生很大的拉应 力。
三、残余应力对力学性能的影响：
• 1、残余拉应力导致硬度降低，压应力则提高硬 度值。 • 2、残余应力增大，磨损增大。 • 3、疲劳失效： • （1）、失效过程：裂纹萌生→裂纹扩展。 • （2）、残余压应力提高工件的疲劳强度。 • 4、残余拉应力增大了应力腐蚀开裂的敏感性。
第四章
残余应力
• 一、概述： • 由于温度差和相变引起的工件内部残余应 力。 • 形成原因：温度差、体积变化 • 种类：热应力和组织应力
二、热处理内应力：
• • • • （一）、热应力： 1、加热：表层为压应力、心部为拉应力。 2、冷却：表层为拉应力，心部为压应力。 3、残余热应力：表层为压应力、心部为拉应 力。
四、残余应力的调整与消除：
• 有热处理法（部分或全部，但引起组织变化） 和机械作用法（部分消除）。 • 1、去应力退火： • 对铸件、锻件、焊接件和机加件退火。 • 加热至Ac1以下50－200℃，保温后空冷 或炉冷至200－300 ℃后再空冷。 • 2、回火：回火对应力的消除与回火温度的高 低有关系，温度超高→应力消除越彻底，但硬 度降低也越厉害。
• A、冶金因素： • （1）材料质量：冶金缺陷扩展成淬火裂纹。 • （2）、化学成分：①、碳量超高，倾向越大。②、 合金元素：双向作用。 • （3）、原始组织：粗大组织或魏氏组织倾向大。球 状组织倾向小。
B、零件尺寸和结构：
• （1）、截面尺寸过大或过小不易淬 裂。 • （2）、截面突变处：淬裂倾向大。
2、按照危害程度分类：
• （1）、第一类热处理缺陷： 最危险缺陷如裂纹，其中最 主要是淬火裂纹，其次加热 裂纹、延迟裂纹、冷处理裂 纹、回火裂纹、时效裂纹、 磨削裂纹和电镀裂纹等。
（2）、第二类热处理缺陷：
•
热处理中最常见的缺陷是变形，其 中淬火变形占多数。产生原因是：相 变和热应力。 发生频率和严重性较低，如残余应 力、组织不合格、性能不合格、脆性 及其它缺陷。
二、拉伸性能和疲劳强度不合格： 三、耐腐蚀性能不足：
1、常用材料：马氏体不锈钢、 铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、F－ A不锈钢和沉淀硬化不锈钢。 2、耐蚀性降低原因：贫铬理论 （即回火温度不当，使碳化铬 Cr23C6沿晶界析出）
3、奥氏体不锈钢的热处理：
第五章
组织不合格
• 一、氧化与脱碳： • 1、氧化： • 使表面粗糙度增加、精度降低，使钢件强 度降低。往往也是淬火软点和淬火开裂的根源。 • 2、脱碳： • 即表面碳量降低。导致钢淬火硬度、耐磨 性及疲劳强度降低，对高速钢舍去降低热硬性。
3、防止和减轻氧化脱碳的措施：
• 主要采用保护气氛炉或真空炉、盐浴炉加热， 或采用感应加热、激光加热等。
• （1）、粒状组织变形小，片状较大，条状变 形最大。组织愈均匀，变形越小。 • （2）、应力集中越严重，则变形倾向越大。 • （3）、形状愈不对称，或冷却的不均匀性愈 大，淬火后变形也愈明显。 • （4）、工艺参数：不均匀加热，加热温度 （组织应力小、热应力大），冷却速度（越快 →内应力越大→变形越大）。
• (3)、第三类热处理缺陷：
•
3、热处理缺陷产生原因：
• 概括为：热处理前、热处理中和热处理后。 • 热处理前：设计不良、原材料或毛坯缺陷。 • 热处理中：工艺不当、操作不当、设备和 环境条件不合适。 • 热处理后：磨削裂纹、磨削烧伤、磨削淬 火、电火花加工裂纹、电镀或酸洗脆性； 应力集中过大裂纹、温度过高裂纹或变形 等。
（5）、时效与冷处理：
• 冷处理目的：保持精度和尺寸稳定。 • 冷处理使体积膨胀； • 低温回火和时效一方面使体积缩小，另一方面 引起形状畸变。
3、化学热处理：
• （1）、高温处理如渗碳，工件变形较大； • （2）、低温处理如渗氮,工件变形较小。
五、热处理变形的矫正：
• （一）、机械矫正法：冷压校正、热压校正、 加压回火校正、锤击校正。 • （二）、热处理校正： • 1、在Ac1温度以下加热急冷：对胀大变形的 工件进行收缩处理； • 2、淬火胀大法：对收缩变形的工件进行胀大 处理。
• A、正确设计产品。 • （1）、技术性和经济性。 • （2）、结构设计：
①、截面尺寸均匀；
• ②、圆角过渡； • ③、形状：球形冷却快于板料。 • （3）、热处理条件
B、合理安排工艺路线
• （1）、形状复杂精度高的零件，粗精加工之 间的淬火前应安排去应力退火。 • （2）、大截面零件（直径或厚度＞50）的高 碳钢：淬火前正火。小截面高碳钢件淬火前应 球化退火。 • （3）、淬火前应消除亚共析钢的魏氏组织。 • （4）、高铬钢、轴承钢和高速钢：避免偏析， 严重时应降低淬火温度。