超音频淬火设备对铝合金淬火,产生裂纹的原因分析

钢制零件其淬火热处理大都采用高频淬火设备来进行。但是,受多方面因素的影响,工件会产生一些缺陷,如淬火裂纹缺陷。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。
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,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。

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。
5 淬火时冷却不当而造成的淬裂
淬火时由于冷却不当,也会使零件发生淬裂事故。例如45号钢在淬火时有形成淬火裂纹的倾向。尤其当碳含量处于上限以及零件直径在7~8MM时易发生开裂。故淬火时选择合适的冷却介质极其重要。另外,一些零件的结构较复杂,截面尺寸变化又较大,如果冷却剂选择不当,壁薄部位容易造成应力集中而导致淬裂。
6 机械加工缺陷导致的淬裂,由于机械加工不良,在零件表面留下了深而粗的刀痕,在淬火冷却时,造成该处应力集中而导致裂纹。
7 零件外形对淬火裂纹的影响,零件几何形状不合理或截面过渡区厚薄相差较大,在淬火时均易因应力集中而产生裂纹,另外,若零件的锻造流线分布不良,亦可能在淬火时造成淬裂缺陷。
8 不及时回火导致的开裂,淬火后如不能及时回火,以致组织应力未能及时消除,将可能因淬火残余应力过大而导致裂纹的产生。特别是对于尺寸较大的工件,淬火后虽然表面已冷到室温,但心部尚未冷透,心部奥氏体组织仍在向马氏体转变,应力在不断增加,也就是说,淬火过程还在零件内部继续进行,以致在室温放置一段时间后,零件才发生开裂。

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