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热处理常见缺陷,你知道多少
时间:2017-07-31  点击:52次   来源:

在热处理工艺中淬火工序造成的废品率往往较高,这主要是在淬火过程中,同时形成较大的热应力与组织应力,此外,由于材料内在的冶金缺陷、选材不当、错料、设计上的结构工艺性差、冷、热加工过程中形成的缺陷等因素,均容易在淬火、回火工艺中暴露出来,因此对零部件淬火、回火后的缺陷必须进行系统的分折与调査。

淬火缺陷与预防
钢件淬火时最常见的缺陷有淬火变形、开裂、氧化、脱碳、硬度不足或不均匀、表面腐蚀、过烧、过热及其他按质量检查标准规定金相组织不合格等。

1.淬火变形与淬火裂纹
在实际生产中,应该根据淬火变形与淬火裂纹的形成原因采取有效的预防措施。

(1)尽量做到均匀加热及正确加热
工件形状复杂或截面尺寸相差悬殊时,常因加热不均匀而变形。为此,工件在装炉前,对不需淬硬的孔及截面突变处,应采用石棉绳堵塞或绑扎等办法,以改善其受热条件,对一些薄壁圆环等易变形零件,可设计特定淬火夹具。这些措施既有利于加热均匀,又有利于冷却均匀。

工件在炉内加热时,应均匀放置,防止单面受热,应放平,避免工件在髙温塑性状态因自重而变形。对细长零件及袖类零件尽量采用井式炉或盐炉垂直悬挂加热。

限制或降低加热速度,可减少工件截面温差,使加热均匀。因此对大型锻模、髙速钢及高合金钢工件,以及形状复杂、厚薄不匀、要求变形小的零件,一般都采用预热加热或限制 加热速度的措施。

合理选择淬火加热温度,也是减少或防止变形、开裂的关键。选择下限淬火温度,减少工件与淬火介质的温差,可以降低淬火冷却高温阶段的冷却速度,从而可以减少淬火冷却时的热应力。另外,也可防止晶粒粗大。这样可以防止变形开裂。

有时为了调节淬火前后的体积变形量,也可适当提高淬火加热温度。例如CrWMn、Cr12Mo等高碳合金钢,常利用调整加热温度,改变其马氏体转变点以改变残余奥氏体含量,以调节零件的体积变形。

(2)正确选择冷却方法和冷却介质的基本原则
尽可能采用预冷,即在工件淬入淬火介质前,尽可能缓慢地冷却至Ar附近,以减少工件内温差。
‚在保证满足淬硬层深度及硬度要求的前提下,尽可能采用冷却缓馒的淬火介质。
ƒ尽可能减慢在Ms点以下的冷却速度。
合理地选择和采用分级或等温淬火工艺。

(3)正确选择淬火工件浸入淬火介质的方式和运行方向的基本原则
淬火时应尽量保证能得到最均匀的冷却。‚以最小阻力方向淬入。
大批量生产的薄画环类零件、薄板形零件、形状复杂的凸轮盘和圆锥齿轮等,在自由冷却时,很难保证尺寸精度的要求。为此,可以采取压床淬火,即将零件置于专用的压床模具中,再加上一定的压力后进行冷却〈喷油或喷水)由于零件的形状和尺寸受模具的限制, 因而可能使零件的变形限制在规定的范围之内。
进行及时、正确的回火在生产中,有相当一部分工件,并非在淬火时开裂,而是 由于淬火后未及时回火而开裂。这是因为在淬火停留过程中,存在于工件内的微细裂缝在很大的淬火应力作用下,融合、扩展,以至其尺寸达到断裂临界裂缝尺寸,从而发生延时断裂。实践证明,淬火不冷到底并及时回火,是防止开裂的有效措施。对于形状复杂的高碳钢和高碳合金钢,淬火后及时回火尤为重要。

工件的扭曲变形可以通过矫直来校正,但必须在工件塑性允许的范围之内。有时也可利用回火加热时用特定的校正夹具进行校正。对体积变形有时也可通过补充的研磨加工来修正,但这仅限于孔、槽尺寸缩小,外圃增大等情况。淬火体积变形往往是不可避免的。但只要通过实验,掌握其变形规律,则可根据其胀缩量,在淬火前成形加工时,适当加以修正,就可在淬火后得到合乎要求的几何尺寸。工件一旦出现淬火裂纹,则报废。

2、过热与过烧,氧化脱碳等
  过热:热处理过程中加热过热最易导致奥氏体晶粒的粗大,使零件的机械性能下降。
1.一般过热:加热温度过高或在高温下保温时间过长,引起奥氏体晶粒粗化称为过热。粗大的奥氏体晶粒会导致钢的强韧性降低,脆性转变温度升高,增加淬火时的变形开裂倾向。而导致过热的原因是炉温仪表失控或混料(常为不懂工艺发生的)。过热组织可经退火、正火或多次高温回火后,在正常情况下重新奥氏化使晶粒细化。
2.断口遗传:有过热组织的钢材,重新加热淬火后,虽能使奥氏体晶粒细化,但有时仍出现粗大颗粒状断口。产生断口遗传的理论争议较多,一般认为曾因加热温度过高而使MnS之类的杂物溶入奥氏体并富集于晶接口,而冷却时这些夹杂物又会沿晶接口析出,受冲击时易沿粗大奥氏体晶界断裂。
3.粗大组织的遗传:有粗大马氏体、贝氏体、魏氏体组织的钢件重新奥氏化时,以慢速加热到常规的淬火温度,甚至再低一些,其奥氏体晶粒仍然是粗大的,这种现象称为组织遗传性。要消除粗大组织的遗传性,可采用中间退火或多次高温回火处理。

过烧现象:加热温度过高,不仅引起奥氏体晶粒粗大,而且晶界局部出现氧化或熔化,导致晶界弱化,称为过烧。钢过烧后性能严重恶化,淬火时形成龟裂。过烧组织无法恢复,只能报废。因此在工作中要避免过烧的发生。

脱碳和氧化:钢在加热时,表层的碳与介质(或气氛)中的氧、氢、二氧化碳及水蒸气等发生反应,降低了表层碳浓度称为脱碳,脱碳钢淬火后表面硬度、疲劳强度及耐磨性降低,而且表面形成残余拉应力易形成表面网状裂纹。
加热时,钢表层的铁及合金与元素与介质(或气氛)中的氧、二氧化碳、水蒸气等发生反应生成氧化物膜的现象称为氧化。高温(一般570度以上)工件氧化后尺寸精度和表面光亮度恶化,具有氧化膜的淬透性差的钢件易出现淬火软点。
为了防止氧化和减少脱碳的措施有:工件表面涂料,用不锈钢箔包装密封加热、采用盐浴炉加热、采用保护气氛加热(如净化后的惰性气体、控制炉内碳势)、火焰燃烧炉(使炉气呈还原性)

3、硬度不足

造成淬火工件硬度不足的原因如下。
(1)加热温度过低,保温时间不足。检查金相组织时,在亚共析钢中可以看到未溶铁素体,在工具钢中可以看到较多未溶碳化物。
(2)‚表面脱碳引起表面硬度不足。磨去表层后所测得的硬度比表面高。
(3)ƒ冷却速度不够,在金相组织上可以看到黑色屈氏体沿晶界分布。
(4)钢材淬透性不够,截面大处淬不硬。
(5)采用中断淬火时,在水中停留时间过短,或自水中取出后,在空气中停留时间过长再转人油中,因冷却不足或自回火而导致硬度降低。
(6)工具钢淬火温度过高,残余奥氏体量过多,影响硬度。

当出现硬度不足时,应分析其原因,采取相应的措施。其中由于加热温度过高或过低引起的硬度不足,除对已出现缺陷进行回火,再重新加热淬火补救外,应严格管理炉温測控仪表,定期按计量传递系统进行校正及检修。

4、硬度不均匀
硬度不均匀就是工件淬火后有软点,产生淬火软点的原因如下:
(1)工件表面有氧化皮及污垢等;
‚(2)淬火介质中有杂质,如水中有油,使淬火后产生软点;
ƒ(3)工件在淬火介质中冷却时,冷却介质的搅动不够,没有及时赶走工件的凹槽及大截面处形成的气泡而产生软点;
(4)渗碳件表面碳浓度不均匀,淬火后硬度不均勻;
(5)淬火前原始组织不均匀,例如有严重的碳化物偏析,或原始组织粗大,铁素体呈大块状分布。

对前三种情况,可以进行一次回火、再次加热,在恰当的冷却介质及冷却方法的条件下淬火补救。对后两种情况,如淬火后不再加工,则一旦出现玦陷,很难补救。对尚未成形加工的工件,为了消除碳化物偏析或粗大,可用不同方向的锻打来改变其分布及形态。对粗大组织可再进行一次退火或正火,使组织细化及均匀化。

5、组织缺陷
有些零件,根据服役条件,除要求一定的硬度外,还对金相组织有一定的要求,例如对中碳或中碳合金钢淬火后马氏体尺寸大小的规定,可按标准图谱进行评级。马氏体尺寸过大,表明淬火温度过髙,称为过热组织。对游离铁索体数量也有规定,过多表明加热不足,或淬火冷却速度不够。其他如工具钢、髙速钢,也相应地对奥氏体晶粒度、残余奥氏体量、碳化物数量及分布等有所规定。对这些组织缺陷也均应根据淬火具体条件分析其产生原因,采取相应措施预防及补救。但应注意,有些组织缺陷还与淬火前的原始组织有关。例如粗大马氏体,不仅淬火加热温度过髙可以产生,还可能由于淬火前的热加工所残留的过热组织遗传所致,因此,在淬火前应采用退火等办法消除过热组织。


回火缺陷与预防
生产中常见的回火缺陷有:硬度过高或过低,硬度不均匀,以及回火产生变形及脆性等。

回火硬度过高、过低或不均匀,主要是由于回火温度过低,过髙或炉温不均匀所造成的。回火后硬度过高还可能是由于回火时间过短。这类问题可以通过调整回火温度等来控制。硬度不均匀的原因,可能是由于一次装炉量过多,或选用加热炉不当所致。如果回火在气体介质炉中进行,炉内应有气流循环风扇,否则炉内温度不可能均匀。

回火后工件发生变形,常由于回火前工件内应力不平衡,回火时应力松弛或产生应力重新分布所致。要避免回火后变形,或采用多次校直多次加热,或采用压具回火等措施。

髙速钢表面脱碳后,在回火过程中可能形成网状裂纹。因为表面脱碳后,马氏体的比体积减少,以致产生多向拉应力而形成网状裂纹,此外,高碳钢件在回火时,如果加热过快,表面先回火,比体积减少,产生多向拉应力,从而产生网状裂纹。回火后脆性的出现,主要由于所选回火温度不当,或回火后冷却速度不够(第二类回火脆性)所致。因此,防止脆性的出现,应正确选择回火温度和冷却方式。一旦出现回火脆性,对第一类回火脆性,只有通过重新加热淬火,另选温度回火;对第二类回火脆性,可以采取重新加热回火,然后加速回火后冷却速度的方法消除。

 

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