鋼鐵零件的熱處理包括加熱、保溫和冷卻等基本過程,在冷卻過程中和加熱不當均有可能形成熱處理裂紋。例如零件的加熱速度過快、表面增碳或脫碳、過熱和過燒等則容易引起零件表面與內部組織應力的不同,會出現(xiàn)表面熱處理裂紋的出現(xiàn)。另外鋼鐵零件結構設計不合理、材料選用不當、加熱和冷卻的溫度控制不正確、冷卻介質不合適以及操作失誤等同樣有熱處理裂紋等缺陷的發(fā)生,常見的熱處理淬火裂紋基本類型有以下幾種:
(1)縱向裂紋
又稱軸向裂紋,它發(fā)生在完全淬透的工件上,是由于表面產(chǎn)生的切向拉應力比軸向拉應力大,超過了該區(qū)域的斷裂強度而形成的。鋼件形成縱向裂紋的傾向與下列因素有關;①含碳量增加,造成馬氏體中的固溶碳含量增加時;②鋼中的夾雜物、碳化物含量增高時.在軋制或鍛造鋼材時它們則將沿著軸向呈線狀或帶狀分布時;③零件的形狀復雜時;④淬火溫度過高,晶粒粗大時。
(2)橫向裂紋
又稱弧形裂紋,裂紋產(chǎn)生于內部,以放射狀向周圍擴展。該類裂紋出現(xiàn)在下列狀態(tài)下:未淬透時,在工件的淬硬區(qū)和非淬硬區(qū)的過渡處有最大的軸向拉應力,引起橫向裂紋;表面淬火時,硬化區(qū)與非硬化區(qū)存在較大的切向或軸向拉應力,形成過渡區(qū)裂紋;工件有凹槽、棱角、截面突變處形成弧形裂紋;軟點區(qū)域存在很大的拉應力,引起弧形裂紋。應當注意該類裂紋的產(chǎn)生除上述原因外,橫向裂紋的形成與鋼的成分、硬化層的分布、有效厚度以及鋼材的冶金質量均有一定的聯(lián)系。
(3)網(wǎng)狀裂紋
為一種表面裂紋,裂紋具有任意方向性,許多裂紋相互連接構成網(wǎng)狀,分布面積較大。其產(chǎn)生的原因較多,表面脫碳的高碳鋼淬火后極易形成網(wǎng)狀裂紋;某些合金鋼脫碳油冷后可形成該類裂紋;未除去脫碳層的工件在高頻淬火或火焰淬火時形成網(wǎng)狀裂紋等。
(4)剝離裂紋
其特征為淬火后裂紋發(fā)生在工件的次表層,裂紋與工件的平面平行。其位置在硬化層與心部應力急劇變化的交界處,裂紋嚴重擴展時造成表層的剝落。該類裂紋多發(fā)生在表面淬火、化學熱處理的工件上,如果表層過熱,沿硬化層組織分布不均勻等容易形成剝離裂紋。
(5)應力集中裂紋
是由于零件的幾何形狀和截面變化而引起的,零件的不同部位冷卻速度存在差異,造成相變的不同時性,組織應力增大,形成了淬火裂紋。應力集中部位一旦產(chǎn)生淬火拉應力,其超過材料的脆斷拉力時則產(chǎn)生應力集中裂紋。另外過深的切削刀痕、打印的標記等也可能形成裂紋。