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钢件淬火常见的质量缺陷和控制调整方法

时间:2019-03-15   作者:admin 点击:
        钢件淬火后可以提高其强度、硬度及耐磨性,但是工件的原始尺寸或形状在淬火时会发生人们所不希望的变化,这此变化会成为影响产品质量的缺陷,减小或是避免这些缺陷,首先我们就要知道淬火会产生哪些的缺陷,其形成原因是什么,并找到对应的解决办法。淬火质量缺陷及控制从以下几方面进行阐述。
  1.淬火畸变
  淬火畸变的类型可分为两类,即体积畸变和形状畸变。
  淬火前后各种组织比体积不同是引起体积变化的主要原因。由马氏体贝氏体珠光体奥氏体的比体积依次减小。原始组织为珠光体的工件淬火转变为马氏体,体积胀大。若组织有大量残留奥氏体,有可能使体积缩小。只有精度特别高的工件才考虑体积均匀胀大引起体积尺寸变化。
  工件各部位相对位置或尺寸发生变化,如板杆件弯曲、内孔胀缩、孔间距变化等统称为形状畸变。畸变形成原因有以下几种:
  (1)加热温度不均匀,形成的热应力引起畸变或工件在炉中放置不合理,在高温常因自重产生蠕变畸变。
  (2)加热时,随加热温度升高,钢的屈服强度降低,已存在工件内部的残留应力(冷变形应力、焊接应力、机加工应力等)达到高温下的屈服强度时,就会引起工件不均匀塑性变形而造成形状畸变和残留应力松弛。
  (3)淬火冷却时的不同时性形成的热应力和组织应力使工件局部塑性变形。形状复杂的工件,因其结构的特殊性,在淬火时,因受热和冷却时的速度不一样,增加了它的变形倾向。
  2.减少淬火畸变的途径和方法
  (1)采用合理的热处理工艺可有效减少畸变。如降低淬火加热温度;缓慢加热或对工件进行预热;静止加热法,极细长和极薄的工件,为了减少盐浴磁搅拌对工件的冲击作用,可采用断电加热;截面尺寸较小的工件,如果对心部强度要求不高,采用快速加热;合理捆扎和吊挂工件;根据工作的形状采用合理的淬入方式;采用分级淬火或等温淬火;根据工件的形状特点及变形规律,在淬火前人为地使工件反向变形,使之与淬火后的畸变相抵消。
  (2)合理设计零件。如工件形状力求对称,避免截面相差悬殊,从而减少因冷却不均引起的畸变;易畸变的槽形工件或开口工件,为了减少槽口胀大或缩小,淬火前使其成为封闭结构,如在槽口处增加筋,淬火后再切开;布设工艺孔,减少型腔缩小;复杂件采用组合结构,即将一个复杂工件分解成几个简单部分,分别施微畸变淬火后,再组装起来;正确选用钢材,如对精度高,允许热处理畸变小的工模具,可选用微畸变钢,高精度塑料模具也可选用预硬钢。
  (3)合理的锻造和预备热处理。严重的碳化物偏析、带状组织使淬火畸变呈各向异性或不规则性,通过锻造改善碳化物分布,不仅能减少畸变,对提高工件的使用寿命也有利。
  3.畸变的校正
  对于热处理后零件产生的畸变,可采用冷压校直、热点校直、趁热校直、回火校直、反击校直、缩孔处理等方法。
  冷压校直是将弯曲工件在凸出的最高点施加外力,使之发生塑性变形,这种方法适合硬度低于35HRC的轴类工件;热点校直是用氧乙炔火焰加热凸起部分,然后用水或油迅速冷却,使受热部分在热应力作用下收缩,这种方法适用于硬度大于35~40HRC的工件;趁热校直是工件淬火冷至Ms温度附近,利用奥氏体良好的塑性和相变超塑性,使畸变得到校正;回火校正是将工件施加外力,再进行回火,回火温度高于300℃;反击校直是用钢锤连续敲击凹处,使工件小面积产生塑性变形;缩孔处理是将淬火后胀大的工件,加热至600~700℃透红,为防止孔内进水,用两块薄板盖住工件两端,迅速投入水中急冷,利用热应力使孔收缩,经过一次或多次重复操作,可使胀大的孔得到校正。
  4.淬火开裂
  淬火开裂是热处理应力超过材料的断裂强度引起的开裂现象。裂纹呈断续的串联分布,断口有淬火油或盐水的痕迹,无氧化色,裂纹的两侧也无脱碳现象。产生淬火裂纹的场合及原因有下几点:
  (1)材料管理混乱,误把高碳钢或高碳合金钢当成低、中碳钢使用,采用水淬。
  (2)冷却不当。在Ms温度以下快冷,因组织应力大引起开裂。如水-油双介质淬火,在水中停留时间长,淬火油中含有过多水分。
  (3)未淬透工件心部硬度为36~45HRC时,在淬硬层与非淬硬层交界处形成淬火裂纹。心部硬度小于36HRC,交界处拉硬力得到消减。心部硬度大于45HRC,说明已有马氏体组织,拉应力峰值降低,开裂倾向减小。
  (4)具有最危险淬裂尺寸的工件易形成淬火裂纹。工件全部淬透时有一最危险的淬裂尺寸,其直径是:水淬时为8~15mm;油淬时为25~40mm。尺寸小于最危险淬裂尺寸时,心部与表面温差小,淬硬力小,不易开裂,反之增大,但拉应力峰远离表面,淬裂倾向反而减小。
  (5)严重表面脱碳易形成网状裂纹。脱碳层马氏体比体积小,受到拉应力作用,易形成网状裂纹。
  (6)内径较小的深孔工件,内表面冷却较外表面小得多,残留热应力作用小,所受到的残留拉应力较外表面大,内壁易形成平行的纵向裂纹。
  (7)淬火加热温度过高,引起晶粒粗化,晶界弱化,钢的脆断强度降低,淬火易开裂。
  (8)重复淬火前未经中间退火,过热倾向大,前项的淬火应力未能完全消除,以及多次加热引起的表面脱碳,都会促使淬火开裂。
  (9)大截面高合金钢工件淬火加热时未经预热或加热速度过快,加热时的热应力或组织应力增大,引起开裂。
  (10)原始组织不良,如高碳钢球化退火质量欠佳,其组织是片状或点状珠光体,热热倾向大;晶粒粗化,马氏体含量高,淬火开裂倾向大。
  (11)原材料显微裂纹,非金属夹杂物,严重碳化物偏析淬火开裂倾向增大。如非金属加杂物或严重碳化物沿轧制方向形成带状公布,由于力学性能各向异性,其横向性能比纵向性能低30%~50%,在表面最大拉应力作用下,常沿非金属夹杂物或碳化物分布方向呈纵向裂纹。
  (12)锻造裂纹在淬火时扩大。在变通炉内淬火加热时,开裂的破断面上有黑色的氧化皮,裂纹两侧有脱碳层。
  (13)过烧裂纹。裂纹多呈网状,晶界有氧化和熔化现象。
  (14)淬透性低的钢,用钳子夹持淬火时,被夹持部位淬火冷的慢,有非马氏体组织,钳口位于淬硬层与非淬硬层交界处,其拉应力大,易开裂。
  (15)高速钢、高铬钢分级淬火,工件未冷至室温,急于清洗(因Ms以下快冷)引起开裂。
  (16)深冷处理因急冷急热形成的热应力和组织应力都比较大,且低温材料的脆断强度低,易产生淬火开裂。
  (17)淬火后未及时回火,工件内部的显微裂纹在淬火应力的作用下扩展形成宏观裂纹。
  5.防止淬火开裂的措施
  (1)改进工件结构。截面力求均匀,不同截面处应有圆角过渡,尽量减少不通孔、尖角,避免应力集中引起的开裂。
  (2)合理选择钢材。形状复杂易开裂的工件,应选择淬透性高的合金钢制造,以便采用冷速缓慢的淬火介质,减少淬火应力。
  (3)原材料应避免显微裂纹及严重的非金属夹杂物和碳化物偏析。
  (4)正确进行预先热处理,避免正火、退火组织缺陷。
  (5)正确选择加热参数。
  (6)合理选用淬火介质和淬火方法。
  (7)对工件易开裂部位,如尖角、薄壁、孔等进行局部包扎。
  (8)易开裂工件淬火后应及时回火或带温回火。
  6.硬度不足
  工件淬火后表面硬度低于所用钢材应有淬火硬度值称为硬度不足。产生硬度不足的原因有多种。
  7.软点
  淬火后工件表面局部区域出现硬度偏低的现象称为软点,碳钢和低合金钢由于淬透性较差,通常易出现淬火软点。产生软点的原因及控制措施见表2。
  8.表面腐蚀─麻点
  工件淬火后经酸洗或喷砂,表面显现出密度较大的点状凹坑称为麻点,它是由介质腐蚀形成的,麻点使工件失去光泽,影响表面光洁程度。
  形成麻点的原因有多种,但在工作中我们可以减少这种缺陷,如在盐浴中降低硫酸盐含量,避免使基体受到腐蚀;也可以降低硝盐温度;高温淬火加热工件经预冷处理后再放入溶液中,避免硝盐分解;高温局部加热时对非加热部位进行浸盐处理,使之包覆一层固态盐壳,可防止点蚀。
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