热处理裂纹是怎样产生的
加热过程产生的裂纹,主要表现在较大的工件上,尤其是合金元素较多的大件上,由于加热升温速度过快,工件表面温度跟着上升较快,而心部材料温度上升较慢,大致内外温差巨大,材料受热膨胀不一,形成所谓的“热应力”,因工件表层材料膨胀较大,从而牵引心部材料,使心部材料受到拉应力。 当热应力超出材料的强度,从而发生心部开裂。
大家都知道,钢铁材料的强度,除因材料的组织疏松、缩孔、夹杂物等缺陷影响外,就主要决定于材料的晶界强度和晶内强度。常温下,晶内强度高于晶界强度,故材料强度主要决定于晶界强度,所以,我们希望材料的晶粒度要细,使材料晶界面积增大,单位晶界面积的有害元素等减少,使晶界强度增高,从而达到强化...全部
加热过程产生的裂纹,主要表现在较大的工件上,尤其是合金元素较多的大件上,由于加热升温速度过快,工件表面温度跟着上升较快,而心部材料温度上升较慢,大致内外温差巨大,材料受热膨胀不一,形成所谓的“热应力”,因工件表层材料膨胀较大,从而牵引心部材料,使心部材料受到拉应力。
当热应力超出材料的强度,从而发生心部开裂。
大家都知道,钢铁材料的强度,除因材料的组织疏松、缩孔、夹杂物等缺陷影响外,就主要决定于材料的晶界强度和晶内强度。常温下,晶内强度高于晶界强度,故材料强度主要决定于晶界强度,所以,我们希望材料的晶粒度要细,使材料晶界面积增大,单位晶界面积的有害元素等减少,使晶界强度增高,从而达到强化材料的目的。
但随着温度的上升,晶界强度下降的同时,晶内强度同样会下降,甚至下降速度会更快。因此,当因加热速度过快,导致工件内部热应力过大而产生的裂纹,部位在工件的心部,断口形貌以沿晶和穿晶为主,且因材料内部多少存在一定程度的疏松、缩孔、夹杂物或枝晶等影响,使断面相对粗糙。
又因工件温度在不断上升,裂纹形成后,随着应力的容易释放,裂纹往往会得到抑制,在随后的淬火中才会进一步影响而暴露。
而冷却过程产生的裂纹,即我们平常讲的淬火过程产生的裂纹。主要是组织的转变导致材料体积的变化,形成所谓的组织应力,同时,又由于工件热量的散失速度不一,导致内外温差大而形成的热应力,故表层优先淬火形成马氏体后,体积得到稳定,在后续的继续冷却过程,随着心部材料组织转变的同时,温度的持续下降,材料的体积收缩,使表层材料受到心部材料的牵引,而形成表层的拉应力,当拉应力超出材料的强度,而导致开裂。
故冷却(或淬火)过程的裂纹,从部位看,主要发生在工件的表面,尤其是因结构性应力集中的拐角部位表面,或者原材料内表层存在严重缺陷的部位;从断面形貌看,因低温材料强度决定于晶界强度,故裂源部位几乎都是沿晶断口形貌,虽然不平整,但相对加热过程形成的裂纹,断面要平整许多,且材料淬火后,硬度高,对裂纹尖端应力集中敏感,裂纹扩展速度快。
至于材料过热、过烧而形成的裂纹,其裂纹产生过程还是在淬火或冷却过程,只不过原因是加热温度过高而已,在加热过程中未形成裂纹。收起