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1.大型零件淬火裂紋的形成
(1)大型零件淬火殘余應(yīng)力為熱應(yīng)力型
淬火介質(zhì)的冷卻能力越強(qiáng)、截面尺寸越大、加熱溫度越高,淬火殘余應(yīng)力越大。
(2)應(yīng)力作用方式與開裂原因冷卻末期,外層金屬已冷到低溫,內(nèi)部金屬的溫度必然高于外層。當(dāng)其繼續(xù)降溫時(shí),因伴隨體積收縮受到外層金屬的強(qiáng)力約束,而在中心部位產(chǎn)生三維拉應(yīng)力,最大拉應(yīng)力作用在截面的中心處。金屬力學(xué)性能理論表明,金屬在三維拉應(yīng)力作用下,大大約束了塑性變形能力,使其轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài),極易產(chǎn)生低應(yīng)力脆性斷裂;這就是具有珠光體組織的大件心部金屬,在熱應(yīng)力型應(yīng)力作用下形成裂紋的根本原因。
(3)斷口特征
1)短圓柱型常為縱向裂開,當(dāng)高度為直徑的兩倍左右時(shí),有橫斷現(xiàn)象。多見于碳素工具鋼,這些零件中心往往存在網(wǎng)狀滲碳體,降低鋼的強(qiáng)度并沿其擴(kuò)展。
2)軸類當(dāng)軸向與切向最大拉應(yīng)力超過(guò)零件中心處材料的強(qiáng)度時(shí),首先在該處開裂。隨后在淬火應(yīng)力的作用下,裂紋分別沿縱向和橫向由內(nèi)向外擴(kuò)展,直到在外表面露出裂紋。但是裂紋也可能終止于內(nèi)部某處成為內(nèi)裂。當(dāng)殘余應(yīng)力足夠大時(shí),可能在淬火末期自行完全斷開。然而更多時(shí)候是在露出零件表面裂紋的基礎(chǔ)上,通過(guò)機(jī)加工等辦法而顯現(xiàn)。在長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于直徑的時(shí)候,橫斷比縱裂更多見,而且同一零件上可能產(chǎn)生多處橫斷或縱裂。裂紋源通常位于截面中心處,當(dāng)截面中心附近區(qū)域存在冶金缺陷時(shí),裂紋源才可能偏離截面中心處。
3)齒圈類一般為中碳鑄鋼制造,只能形成徑向裂紋。裂源為橫斷面的幾何中心處或鑄造的熱節(jié)點(diǎn)處,并由此通過(guò)齒圈中心的徑向面,由里向外擴(kuò)展,最終裂開。
4)炸裂的內(nèi)裂:
炸裂是有傷害危險(xiǎn)的開裂,應(yīng)注意防范。炸裂發(fā)生在冷卻末期以后。
5)斷口特征斷裂面平齊,無(wú)明顯塑性變形發(fā)生,呈典型的脆性斷口。
6)內(nèi)部冶金缺陷的作用大件截面中心及其附近,是熱應(yīng)力型應(yīng)力的最大拉應(yīng)力存在和作用的位置,這里又是 許多冶金缺陷產(chǎn)生或存在的部位。這些缺陷是重要的促裂、誘裂因素,也是大件淬裂的天然裂源和直接原因。由于種種原因的制約與影響,目前我國(guó)大型鑄鍛件的綜合冶金質(zhì)量還很不理想,因而成為影響大件淬裂的最重要的實(shí)際因素之一。
應(yīng)當(dāng)注意的是:存在于大型零件表面上的一切能引起應(yīng)力集中效應(yīng)的因素,在淬火過(guò)程中,決無(wú)誘發(fā)和促進(jìn)裂紋作用。故此,熱處理之前不必要清除大型鑄鍛件的表面缺陷。
2.大件淬裂的預(yù)防措施
(1)利用熱處理基本應(yīng)力的交互作用和雙重作用特征,設(shè)計(jì)或改進(jìn)大件的淬火工藝;
(2)淬火采用合適的淬火介質(zhì),預(yù)冷以及帶溫出液等措施;
(3)及時(shí)回火注意回火冷卻方法。