熱處理裂紋分析——典型淬火裂紋.pdf

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1、《東方電機(jī)}2009年第1期熱處理裂紋分析—一典型淬火裂紋劉進(jìn)益摘要熱處理裂紋多種多樣，在各類熱處理裂紋中，以淬火裂紋的產(chǎn)生幾率和頻次最高。通過幾種典型淬火裂紋形成條件、裂紋特征、開裂力學(xué)模型的介紹，闡述了利用“殘余應(yīng)力決定論”和“最大拉應(yīng)力起裂論”的觀點(diǎn)，結(jié)合金相分析、情況調(diào)查等手段，在現(xiàn)有條件下進(jìn)行淬火裂紋的失效分析技術(shù)。關(guān)鍵詞金屬零件熱處理熱處理裂紋淬火裂紋殘余應(yīng)力最大拉應(yīng)力1熱處理裂紋分析理金屬零件內(nèi)部導(dǎo)致不同部位金屬間的體積及形狀的變化有較大差異，引起相互間1．1熱處理裂紋拘束作用，從而在零件各部位產(chǎn)生不同的金屬零件在熱處理時(shí)形成的裂紋稱為應(yīng)力場，這就是熱處理應(yīng)力。熱處理

2、應(yīng)力熱處理裂紋，它是由于熱處理引起的熱應(yīng)力主要有組織應(yīng)力和熱應(yīng)力。和(或)組織應(yīng)力大于金屬零件材料的破斷(1)組織應(yīng)力強(qiáng)度所致。金屬零件內(nèi)部存在的夾雜、縮孔組織應(yīng)力是熱處理過程中普遍存在的殘余、白點(diǎn)等缺陷極易在熱處理時(shí)造成應(yīng)力一種應(yīng)力。典型的組織應(yīng)力是產(chǎn)生在金屬集中而促使熱處理裂紋產(chǎn)生。金屬零件外形零件淬火冷卻過程中，因表層和心部的馬存在有尖銳棱角或前序殘留的疵病(如折迭、氏體相變不同時(shí)進(jìn)行，金屬零件冷卻后期，深刀痕等)，也易應(yīng)力集中而導(dǎo)致熱處理裂心部溫度降至Ms點(diǎn)要發(fā)生馬氏體相變而紋。若金屬零件過熱，晶粒粗大，淬火后應(yīng)力體積膨脹時(shí)，受到表層已轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚?qiáng)度的很大，也易形成熱處理裂紋

3、。熱處理裂紋多馬氏體的阻礙，這樣在心部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表種多樣，在各類熱處理裂紋中，以淬火裂紋的層產(chǎn)生拉應(yīng)力。組織應(yīng)力的大小與材料在產(chǎn)生幾率和頻次最高，本文著重闡述幾種典馬氏體相變溫度范圍的溫差有關(guān)，截面溫型淬火裂紋。差越大，組織應(yīng)力明顯增加。此外，相變時(shí)1．2熱處理應(yīng)力體積膨脹量及膨脹速率愈大，組織應(yīng)力也熱處理應(yīng)力多變而又復(fù)雜，它是導(dǎo)致越大。熱處理金屬零件變形和開裂的主要原因。(2)熱應(yīng)力在熱處理過程中，由于加熱、冷卻和相變等熱應(yīng)力是熱處理過程中普遍存在的另過程進(jìn)行的不均勻性和不等時(shí)性，在熱處外一種應(yīng)力，它是由于表層和心部溫差引來稿時(shí)間：2008年6月《東方電機(jī)))2009年第1期4

4、5起金屬零件的體積收縮不均勻而產(chǎn)生的內(nèi)·或稍后因淬火應(yīng)力發(fā)生局部分離而導(dǎo)致零應(yīng)力。在不考慮相變的情況下，金屬零件件的破裂。冷卻后期，表面已降至室溫，心部要繼續(xù)降2．1淬火裂紋分類溫和體積收縮，而表層則阻礙心部收縮，這通常在實(shí)際淬火中形成且受尺寸效應(yīng)樣在心部產(chǎn)生拉應(yīng)力，表層產(chǎn)生壓應(yīng)力。制約的、獨(dú)立形式的淬火應(yīng)力(合成且殘余的冷卻速度越快熱應(yīng)力越大，淬火加熱溫度應(yīng)力)類型有三種，見圖1。其中I型是以越高、金屬零件截面尺寸越大、鋼的導(dǎo)熱性組織應(yīng)力為主的合成應(yīng)力，稱為組織應(yīng)力型越差，截面溫差越大，越易增大熱應(yīng)力。的淬火殘余應(yīng)力；Ⅱ型應(yīng)力是由熱應(yīng)力、組組織應(yīng)力和熱應(yīng)力又稱為基本應(yīng)力。織應(yīng)力共

5、同合成的，稱為過渡型淬火殘余應(yīng)每種基本應(yīng)力都有其獨(dú)特的致裂特點(diǎn)，而力；III型是以熱應(yīng)力為主的合成應(yīng)力，稱為且是由最大拉應(yīng)力(合成后的瞬時(shí)應(yīng)力)熱應(yīng)力型淬火殘余應(yīng)力。根據(jù)淬火殘余應(yīng)力的存在部位所決定的。合成應(yīng)力的產(chǎn)生和的類型和作用特點(diǎn)的不同可將淬火裂紋分為發(fā)展比較復(fù)雜，由于熱應(yīng)力和組織應(yīng)力在縱裂、縱劈一橫斷、弧裂、邊廓一表面裂紋，見淬火金屬零件截面的存在部位相同，但作圖2。本文主要介紹縱裂、縱劈一橫斷、弧裂用方向相反，它們相互作用合成后，應(yīng)力降三種類型的淬火裂紋。低(殘余)或消失，也就是說它們同時(shí)作用2．2淬火裂紋的分析方法、有致裂和抑制裂紋形成雙重性。組織應(yīng)力通常分析淬火裂紋的基

6、本邏輯或出發(fā)的切向應(yīng)力明顯大于軸向應(yīng)力，而熱應(yīng)力點(diǎn)是：把淬火裂紋的產(chǎn)生看為某些影響因則恰好相反，即軸向應(yīng)力大于切向應(yīng)力。素超常作用的結(jié)果，于是借助金相分析和情況調(diào)查來收集那些能證明某個(gè)或某幾個(gè)2淬火裂紋影響因素確實(shí)超常發(fā)揮的證據(jù)，實(shí)際上很淬火裂紋是指金屬材料于淬火過程中+++圖1淬火殘余應(yīng)力的類型難找到確鑿的證據(jù)。經(jīng)實(shí)踐證明大多數(shù)淬取決于零件的淬火工藝條件、自身的幾何火裂紋的產(chǎn)生與淬火殘余應(yīng)力的形成規(guī)律因素以及材料質(zhì)量，因此分析中應(yīng)把這些和作用特點(diǎn)密切相關(guān)(也即殘余應(yīng)力決定具體因素轉(zhuǎn)化為引起淬火殘余應(yīng)力的因是否發(fā)生淬火開裂)，而淬火殘余應(yīng)力又素，然后根據(jù)淬火零件截面上的內(nèi)應(yīng)力只《東

7、方電機(jī))2009年第1期存在拉應(yīng)力和壓應(yīng)力，而只有拉應(yīng)力才能致裂的觀點(diǎn)(也即最大拉應(yīng)力決定起裂部圖2淬火裂紋分類圖位)，最后與金相分析和情況調(diào)查相結(jié)合，對直的單條深裂紋的同時(shí)，又沿垂直表面的淬火裂紋形成規(guī)律進(jìn)行探求，分析淬裂形成方向朝截面內(nèi)部擴(kuò)展，因此深度較大，最后原因。也就是利用殘余應(yīng)力決定論和最大拉裂紋終止于截面中心附近，通常不會使淬應(yīng)力起裂論的觀點(diǎn)與金相分析和隋況調(diào)查相火件完全裂開，截面可見外闊內(nèi)尖的裂口。結(jié)合的方法進(jìn)行淬火裂紋形成原因分析。由典型縱裂形態(tài)見圖3