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淬火、回火缺陷与预防,有了这些不用找专家了

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、氧化与脱碳、过热与过烧


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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