热处理不当引起的失效之钢的淬火裂纹
热处理不当引起的失效之钢的淬火裂纹
在与冷挤压或成型有关的任何热处理过程中，如均匀化处理，预热处理和退火，都可能产生缺陷和异常现象。过热和过烧会降低强度和韧性。
零件的表面硬化处理时缺陷异常现象可能导致断裂的另一个重要原因。例如，在受循环弯曲载荷或扭转载荷的表面硬化零件中，疲劳裂纹往往开始于表层与心部的交界面（此处的强度梯度大）。
如果不采取预防措施，表面硬化处理可能影响真长炫彩所得的韧性，例如要求韧性好的零件中的尖缺口，就不应当渗碳或渗氮。如果零件需要表面硬化的话，应遮住缺口区或通过机加工即磨削的方法除去缺口区的硬化层。
最后的热处理和回火到所需的强度、延性和韧性是能导致脆性或韧性断裂缺陷的另一类热处理。淬火裂纹或脆化可能发生于不同的热处理过程。
钢的淬火开裂
钢中的淬火裂纹来源于奥氏体向马氏体转变时体积增大所产生的应力。淬火状态下的马氏体很硬，几乎没有延性。
由可淬透的合金钢制成的零件进行淬火时，在首先达到Ms温度的最外层中首先形成马氏体。由于马氏体的膨胀，向下面较软的奥氏体“作功”，而且马氏体在外表面的膨胀几乎不受限制。继续冷却以及靠近心部的材料达到Ms温度时，新生马氏体的膨胀受到早已经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下的马氏体的拉伸强度时便出现开裂。
淬火裂纹有几种易于辨认的特征：
1.一般断裂时呈一条相当直的线条，从表面向心部眼神，裂纹也能拿张开或扩展，还可能在边缘表面出现剪切唇。
2.由于淬火裂纹发生在比较低的温度，所以在进行宏观或微观检查时，不会发现裂纹有任何脱碳现象。
3.断裂表面呈现戏精结构。如果淬火后在回火，断裂表面可能因氧化而变黑。（图中A区为淬火裂纹扩展断面）
4.在高温和氧化条件下回火后的淬火裂纹进行微观检查发现有回火氧化皮。
控制开裂的因素
1.应力集中：淬火中遇到的任何应力集中状态都会加速淬火裂纹的形成，因此淬火时应尽量避免或堵住如长方形键槽或孔洞等截面急剧变化的部位。通过从新设计改变下图冲头截面急剧变化的部位，方法是，加工出小的T—型截面，分开进行热处理。已经经发现，用来辨认零件的冷冲标记也成了淬火裂纹源。
2.冷却速率：零件质量的分布和缺乏均匀或同心冷却也可能加速淬火开裂。
冷却越快的淬火剂，越能增加淬火硬化深度。因此，选择适当的淬火剂常常是消除淬火裂纹的重要因素。最常用的淬火剂有，苛性溶液、熔融盐、水、油、空气。在苛性溶液中的淬火速度最快，而在静止的空气中淬火速度最慢。低熔点的盐或金属也用于较复杂的淬火处理。例如，马氏体等温淬火和奥氏体等温淬火。
根据下列因素选择热处理程序，淬火剂及回火程序：
给出零件最佳使用寿命所应有的硬度和机械性能。根据性能要求可以决定具体的显微组织；
零件选用的合金钢，它本身就决定了所需性能的热处理性质；
热处理车间的设备；
按照车间具体条件考虑热处理生产的经济性。
由于淬火和回火（实质上与正火或退火产品不同）是钢的最重要的和最通用的热处理方法，所以在选择具体的热处理程序和淬火剂以期得到所需的显微组织时，必须懂得应该考虑的基本因素，在大多数情况下，如果达不到所要求的性能，就会降低使用寿命，从概念上讲，应按淬火速度选择淬火剂，也就是按淬火剂能达到足以产生所要求的显微组织的冷却速度。重要的是，在淬火后，工件应尽快回火，以清除淬火时产生的内应力。最好是当工件还处于大约60~90℃的热状态下就从淬火剂中取出放入回火炉中。油淬时零件从淬火剂中取出回火炉时应徐徐冒烟。
延迟开裂 工件只有在淬火剂中才能产生淬火裂纹是人们的一个共同的错误概念。实际上，个别零件在淬火后不回火，在淬火后的一小时，一天，甚至一个星期也产生发生淬火裂纹。
淬火裂纹开裂起因
钢中产生淬火裂纹的一些较为普遍的原因如下：
奥氏体化处理时过热，使正常的细晶粒钢粗化。粗晶粒钢淬的较深，比细晶粒钢对淬火开裂更加敏感；
淬火剂选择不当，例如，对具体的零件和钢种本来是油最适合的淬火剂，但是使用了水、盐或碱溶液；
钢种选择不当;
淬火和回火之间的时间拖得太长；
回火前允许的零件下降温度太低（主要适用于过共析钢和工具钢）；
键槽、孔、截面突变部分以及应力集中处的设计不恰当；
淬火时没有考虑零件形状，结果引起不均匀或偏心冷却；
在确定一给零件是否会淬火开裂时，上面所列的项目对有些钢种来说将比其他项目更重要。
即使零件不会淬火开裂，但是如果残余应力在与外加载荷相同的方向上起作用时，则热处理到高强度（高硬度）的有局部残余应力集中的零件，就会可能在使用中发生瞬间断裂。
文章来源：机械装备缺陷与失效分析