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钢的淬火缺陷及防止措施

2017年05月05日09:04 青岛丰东热处理

1)氧化和脱碳及其防止措施。

淬火加热时,钢件与周围加热介质相互作用往往会产生氧化和脱碳等缺陷。氧化使工件尺寸减小,表面粗糙度增大,并严重影响淬火冷却速度,进而使淬火工件出现软点或硬度不足等新的缺陷。工件表面脱碳会降低淬火后钢的表面硬度、耐磨性,并显著降低其疲劳强度。因此,淬火加热时,在获得均匀化奥氏体的同时,必须注意防止氧化和脱碳现象。在空气介质炉中加热时,防止氧化和脱碳最简单的方法是在炉子升温加热时向炉内加入无水分的木炭,以改变炉内气氛,减少氧化和脱碳。此外,采用盐炉加热、用铸铁屑覆盖工件表面,或是在工件表面热涂硼酸等方法都可有效地防止或减少工件的氧化和脱碳。采用真空加热或可控气氛加热,是防止氧化和脱碳的根本办法。

2)过热和过烧及其防止措施。

工件在淬火加热时,由于温度过高或者时间过长造成奥氏体晶粒粗大的缺陷叫做过热。由于过热不仅在淬火后得到粗大的马氏体组织,而且易于引起淬火裂纹,因此,淬火过热的工件强度和韧性降低,易于产生脆性断裂。轻微的过热可用延长回火时间来补救。严重的过热则需进行一次细化晶粒退火,然后再重新淬火。淬火加热温度太高,使奥氏体晶界出现局部熔化或者发生氧化的现象叫做过烧。过烧是严重的加热缺陷,工件一旦过烧就无法补救,只能报废。为了防止过热和过烧,淬火加热温度不宜过高。

3)淬火应力的控制和淬火变形、开裂的防止措施。

工件在淬火过程中会发生形状和尺寸的变化,有时甚至要产生淬火裂纹。工件的变形或开裂是由淬火过程中在工件内产生的内应力造成的。淬火内应力主要有热应力和组织应力两种。工件最终变形或开裂是这两种应力综合作用的结果。

工件加热或冷却时由于内外温差导致热胀冷缩不一致而产生的内应力叫做热应力。工件淬火冷至室温时,由热应力引起的残留应力为表面受压应力,心部受拉应力,一般的变形趋势呈腰鼓形。立方体各面凸起,棱角变圆;长圆柱体长度缩短,直径变粗;扁平圆板高度增大,直径缩小。热应力是由快速冷却时工件截面温差造成的。因此,冷却速度越大,截面温差越大,则热应力越大。在相同淬火冷却介质条件下,工件加热温度越高、截面尺寸越大、钢材热导率和线胀系数越大,工件内外温差越大,则热应力越大。

工件在冷却过程中,由于内外温差造成组织转变不同时,引起内外比体积的不同变化而产生的内应力叫做组织应力。钢淬火时由奥氏体转变为马氏体将造成显著的体积膨胀。组织应力引起的残留应力与热应力正好相反,表面为拉应力,心部为压应力,组织应力引起的变形情况恰好也与热应力相反,表现为工件沿最大尺寸方向伸长,力图使平面内凹,棱角突出。组织应力的大小与钢的化学成分、冶金质量、钢件结构尺寸、、钢的导热性及在马氏体温度范围的冷却速度和钢的淬透性等因素有关。

为了减小淬火应力,防止淬火变形和开裂,首先要提出合理的要求,设计工件时要注意结构形状的对称性,并要制定出合理的热处理工艺;其次要严格执行热处理工艺规范,并在容易变形的工艺环节采取必要的预防措施。在热处理方面必须注意下述问题。

①控制加热速度,尽可能做到加热均匀,减小加热时的热应力。对于大截面、高合金钢、形状复杂、变形要求高的工件,一般都应经过预热,或限制加热速度。

②合理选择加热温度。在保证淬透的前提下,一般应尽量选择低一些的淬火温度,以减小冷却时的热应力。但也存在适当提高淬火温度防止变形开裂的情况,特别是对于高碳合金钢工件,可以通过对加热温度的调整来改变钢的Ms点,从而达到使工件变形最小的目的。

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