导致热处理裂纹的常见原因

钢铁零件在热处理时出现废品是平常事，其原因是零件在加热和冷却过程中不可避免产生内应力。内应力来源有两个方面。一方面由于冷却过程中零件表面与中心冷却速度不同，其体积收缩在表面与中心也就不一样。这种由于温度差而产生体积收缩量不同所引起的内应力称做“热应力”。另一方面，钢件在组织转变时比体积发生变化，比如奥氏体转变为马氏体时比体积增大。由于零件断面上各处转变的先后不同，其体积变化各处不同，由此引起的内应力称做“组织应力”。

零件在淬火时产生的内应力最大，因此淬裂现象时有发生。导致淬裂的原因是多种多样的，现介绍如下。

原材料已有缺陷

如果原材料表面和内部有裂纹或夹杂物等缺陷，在热处理之前未发现，有可能形成淬火裂纹。图1所示为45钢机轴缩孔和夹杂物引起的淬火裂纹。

这些原材料缺陷通常包括：宏观偏析、固溶体偏析、固溶氢、锻轧缺陷、夹渣、铁素体珠光体带状组织及碳化物带状组织等。

图1 缩孔和夹杂物引起的开裂

原始组织不良

淬火前工件原始组织要求细小而均匀，若原始组织不均匀，例如，带状偏析严重，晶粒粗大，在淬火时容易造成开裂。如下图2，Cr12MoV钢碳化物网状偏析造成淬火开裂形貌，原始组织为片状珠光体的钢件，必须严格控制淬火加热温度和保温时间。否则，将因钢件过热导致产生淬火开裂。

图2 Cr12MoV钢碳化物网状偏析淬火裂纹

夹杂物

如果零件内夹杂物严重，或本身因夹杂物严重而已隐藏有裂纹，淬火时将有可能产生裂纹。

淬火温度不当

淬火温度不当引起零件淬裂，一般有两种情况。其一，仪表的指示温度低于炉子实际温度，使实际淬火温度偏高，造成过热淬火，导致工件发生开裂。凡过热淬火开裂的显微组织，均存在着晶粒粗大和粗大的马氏体，通常是沿晶分布，裂纹尾端尖细，并呈现过热特征：结构钢中可观察到粗针状马氏体；工具钢中可观察到共晶或角状碳化物。。其二，钢件实际含碳量高于钢材牌号所规定的含量，若按原牌号正常工艺淬火时，等于提高了钢的淬火温度，故容易造成零件过热和晶粒长大，使淬火时应力增大而可能引走淬裂。

淬火时冷却不当

淬火时由于冷却不当，也会使零件发生淬裂事故，一般有两种情况。其一，采用过快的冷却速度的介质冷却，如合金钢，尤其是高合金钢水淬时容易造成开裂。其二，零件结构较复杂，截面尺寸变化又较大，在冷却时壁薄部位容易造成应力集中而导致淬裂。

在马氏体转变区的冷却过快而引起的淬火裂纹往往是穿晶分布，而且裂纹较直，周围没有分枝的小裂纹。 

机械加工缺陷

由于机械加工不良，在零件表面留下了深而粗的刀痕，尽管是很简单的零件或不是应力集中的地方，也会在淬火时造成开裂，或在服役中发生早期损坏。

不及时回火

淬火后的零件存在很大的内应力，如果不能及时回火，将可能因淬火残余应力过大而导致裂纹的产生。对于工、模具钢，淬火后及时回火尤其重要。此外，回火必须充分，使马氏体转变为回火状态，同时使残余奥氏体尽可能消除。回火不充分的工、模具常会发生早期失效。图3所示为高速钢回火程度不同的组织示意。

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