淬火質量缺陷及控制百科

發佈時間： 07 / 01 2021 作者：網站編輯訪問：11519

淬火後，鋼件的強度、硬度和耐磨性可以得到提高，但在淬火過程中工件的原始尺寸或形狀會發生不良變化。這種變化會成為影響產品質量的缺陷，減少或避免這些缺陷，首先要知道淬火會產生哪些缺陷，其形成的原因是什麼，並找到相應的解決方法。從以下幾個方面對淬火質量缺陷及控制進行說明。

淬火質量缺陷及控制百科

1. 淬火變形

淬火畸變的類型可分為兩大類，即體積畸變和形狀畸變。

淬火前後各種結構比容的差異是造成體積變化的主要原因。馬氏體→貝氏體→珠光體→奧氏體的比容依次減小。將原組織為珠光體的工件淬火成馬氏體，體積膨脹。如果組織中有大量的殘餘奧氏體，它可能會縮小體積。由於體積均勻膨脹而引起的體積變化，只考慮精度特別高的工件。

工件各部分相對位置或尺寸的變化，如板桿的彎曲、內孔的脹縮、孔距的變化等，統稱為形狀畸變。造成失真的原因如下：

(1)加熱溫度不均，形成的熱應力引起變形或工件不合理放入爐內，高溫下常因自重引起蠕變變形。
(2)加熱時，隨著加熱溫度的升高，鋼的屈服強度降低。當工件內部的殘餘應力（冷變形應力、焊接應力、加工應力等）在高溫下達到屈服強度時，會引起工件不均勻塑性變形引起形狀變形和殘餘應力鬆弛。
(3)淬火和冷卻過程中不同時間形成的熱應力和組織應力引起工件局部塑性變形。對於形狀複雜的工件，由於其結構的特殊性，在淬火過程中，加熱和冷卻速度不同，增加了其變形的傾向。

2、減少淬火畸變的途徑和方法

(1)採用合理的熱處理工藝，可有效減少變形。如降低淬火加熱溫度；工件緩慢加熱或預熱；靜態加熱方式，極細、極薄的工件，為減少鹽浴磁力攪拌對工件的影響，可採用斷電加熱；截面尺寸較小的工件，如果芯強度不高，則採用快速加熱；合理捆紮和懸掛工件；根據工件的形狀採用合理的淬火方法；採用分級淬火或等溫淬火；根據工件的形狀特徵和變形規律，在淬火前，人為地將工件逆向變形，以抵消淬火後的畸變。
(2)合理設計零件。例如，工件的形狀應該是對稱的，以避免橫截面的差異，從而減少冷卻不均勻引起的變形；為減少槽的膨脹或收縮，在淬火前應將帶槽的工件或開口工件製成封閉結構，如在槽口處增加加強筋，淬火後再切割；佈置工藝孔以減少型腔收縮；複雜零件採用組合結構，即將一個複雜的工件分解成若干個簡單的零件，然後分別進行微變形和淬火，然後組裝起來。使用正確的鋼。對於精度高、熱處理變形小的工具，可採用微變形鋼，高精度塑料模具也可採用預硬鋼。
(3)合理的鍛造和初步熱處理。嚴重的碳化物偏析和帶狀組織使淬火畸變各向異性或不規則。通過鍛造改善碳化物分佈不僅可以減少變形，而且可以提高工件的使用壽命。

3. 畸變校正

對於熱處理後零件的變形，可採用冷壓矯直、熱點矯直、熱矯直、回火矯直、反擊矯直、收縮處理等。

冷壓矯直是對彎曲工件的最高點施加外力，使其產生塑性變形。此方法適用於硬度小於35HRC的軸類工件；熱點矯直是用氧乙炔火焰加熱凸出部分，然後用水或油迅速冷卻，使受熱部分在熱應力作用下收縮。此方法適用於硬度大於35-40HRC的工件；而熱矯直則是將工件淬火至接近Ms溫度，利用奧氏體良好的塑性和塑性相變超塑性使畸變得到矯正；回火校正是對工件施加外力，然後回火，回火溫度高於300℃；反擊矯直是用鋼錘連續敲擊凹口，使工件產生小面積塑性變形；縮孔處理是將淬火後膨脹的工件加熱到600-700℃使其變紅。為防止水進入孔內，用兩塊薄板蓋住工件兩端，將工件迅速拋入水中進行快速冷卻。孔縮小，經過一次或多次重複操作後，可以矯正腫脹的孔。

4. 淬裂

淬火開裂是熱處理應力超過材料斷裂強度而引起的開裂現象。裂紋呈斷續系列分佈，斷口有微量淬火油或鹽水，無氧化色，裂紋兩側無脫碳。淬火裂紋產生的場合及原因如下：

(1)材料管理混亂，將高碳鋼或高碳合金鋼誤用為中低碳鋼，採用水淬。
(2) 冷卻不當。由於高組織應力，低於 Ms 溫度的快速冷卻會導致開裂。如水油雙介質淬火，在水中停留時間長，淬火油含水過多。
(3)未硬化工件的芯部硬度為36～45HRC時，在硬化層與非硬化層的交界處形成淬火裂紋。芯部硬度小於36HRC，接合處抗拉強度降低。芯部硬度大於45HRC，說明存在馬氏體組織，峰值拉應力降低，開裂傾向降低。
(4)淬火裂紋尺寸最危險的工件容易產生淬火裂紋。工件完全淬火後，出現最危險尺寸的淬火裂紋，其直徑為：水淬時8-15mm；油淬時25-40mm。當尺寸小於最危險的淬火開裂尺寸時，芯與表面的溫差小，淬硬力小，不易開裂。反之則增大，但拉應力峰值遠離表面，淬火開裂傾向反而減小。
(5)表面脫碳嚴重，易形成網狀裂紋。脫碳層的馬氏體比容小，在拉應力作用下容易形成網狀裂紋。
(6)對於內徑較小的深孔工件，內表面冷卻遠小於外表面，殘餘熱應力小。殘餘拉應力大於外表面，內壁易形成平行縱向裂紋。
(7)淬火加熱溫度過高，造成晶粒粗大，晶界弱化，鋼的脆性降低，淬火時易開裂。
(8)反复淬火前不進行中間退火，過熱傾向大，前項淬火應力不能完全消除，反復加熱引起的表面脫碳，會促進淬火開裂。
(9)大斷面高合金鋼工件在淬火加熱時未預熱或加熱過快，加熱時熱應力或結構應力增大，引起開裂。
(10) 原始組織差，如高碳鋼球化退火質量差，組織為片狀或點狀珠光體，熱傾向大；晶粒粗化，馬氏體含量高，淬裂傾向高。
(11) 原材料微裂紋、非金屬夾雜物、嚴重的碳化物偏析容易增加淬火裂紋。例如，非金屬雜質或嚴重的碳化物沿軋製方向形成帶鋼。由於機械性能的各向異性，它們的橫向性能比縱向性能低30%～50%。金屬夾雜物或碳化物的分佈方向為縱向裂紋。
(12)淬火時鍛件裂紋擴大。在柔性爐中淬火加熱時，裂紋斷口有黑色氧化皮，裂紋兩側有脫碳層。
(13) 過燒裂紋。裂紋多呈網狀，晶界被氧化熔化。
(14)對於淬透性低的鋼，用鉗子夾緊淬火時，被夾緊的部分淬火緩慢，具有非馬氏體組織。鉗口位於硬化層與非硬化層的交界處，拉應力大且易開裂。
(15)高速鋼和高鉻鋼分階段淬火，工件未冷卻至室溫，急於清洗(因Ms以下急冷)造成開裂。
(16)深冷處理因急冷急熱形成的熱應力和結構應力較大，低溫材料脆性強度低，易產生淬裂。
(17)淬火後若不及時回火，工件內部的微裂紋在淬火應力的作用下擴大形成宏觀裂紋。

5、防止淬火開裂的措施

(1)改善工件結構。力求斷面均勻，不同斷面要有圓角過渡，盡量減少非通孔和尖角，避免應力集中造成開裂。
(2)合理選用鋼材。形狀複雜、易開裂的工件應選用淬透性高的合金鋼，以便採用冷卻速度較慢的淬火介質來降低淬火應力。
(3)原材料應避免出現微裂紋和非金屬夾雜物和碳化物嚴重偏析。
(4)應正確進行預熱處理，避免正火和退火組織缺陷。
(5)正確選擇加熱參數。
(6)合理選擇淬火介質和淬火方法。
(7) 局部包紮工件易開裂的部位，如尖角、薄壁、孔洞等。
(8) 淬火後易產生裂紋的工件應及時回火或隨溫度回火。

6、硬度不足

工件淬火後的表面硬度低於所用鋼材的淬火硬度值，稱為硬度不足。

淬火硬度不足的原因

介質冷卻能力差，工件表面有鐵素體、屈氏體等非馬氏體組織
淬火加熱溫度低，或預冷時間長，淬火冷卻速度低，出現非馬氏體組織
亞共析鋼加熱不足有未溶解的鐵素體
碳鋼或低合金鋼水油雙介質淬火時，在水中停留時間不足，或零件提離水面後在空氣中停留時間過長
鋼的淬透性差，工作斷面尺寸不大，不能淬硬。
高碳高合金鋼淬火溫度高，殘餘奧氏體過多
等溫時間過長，導致奧氏體穩定
表面脫碳
硝酸鹽或鹼浴中水分太少，在階段冷卻時形成屈氏體等非馬氏體
合金元素發生內部氧化，表面淬透性降低，出現屈氏體等非馬氏體，內部組織為馬氏體

控制措施

使用冷卻較快的淬火介質；適當提高淬火加熱溫度
在保證正常淬火加熱溫度的前提下；減少預冷時間
嚴格控制加熱溫度、保濕時間和爐溫均勻性
嚴格控制零件在水中的停留時間和操作規範
使用淬透性好的鋼材
降低淬火加熱溫度或採用深冷處理
嚴格控制分級或等溫時間
採用可控氣氛加熱或其他防脫碳措施
嚴格控製鹽浴和鹼浴中的水分
降低爐膛氣氛中氧化成分的含量；選擇冷卻速度快的淬火介質。

7. 軟點

淬火後，工件表面局部區域出現硬度低的現象稱為軟點。碳鋼和低合金鋼由於淬透性差，通常容易出現淬火軟點。

產生軟點的原因

淬火時工件表面氣泡未及時破滅，導致氣泡處冷卻速度降低，出現非馬氏體組織
工作表面局部氧化皮、鏽斑或其他附著物（油漆）在淬火時沒有剝落，使冷卻速度降低
原始組織不均勻，帶狀組織或碳化物偏析嚴重

控制措施

增加介質與工件的相對運動；控制水溫和水中的雜質
淬火前清潔工件表面
原材料經過鍛造和預熱，使結構均勻

8. 表麵點蝕

工件經淬火、酸洗或噴砂處理後，表面出現密集的點狀凹坑，稱為凹坑，是介質腐蝕形成的。凹坑使工件失去光澤，影響表面光潔度。

形成點蝕的原因有很多，但我們可以在工作中減少這種缺陷，比如降低鹽浴中的硫酸鹽含量，避免基體腐蝕；還降低硝酸鹽溫度；將高溫淬火加熱工件預冷後放入溶液中，避免硝酸鹽分解；高溫局部加熱時，對未加熱部分進行鹽浸，使其鍍上一層固體鹽殼，防止點蝕。

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