钢件淬火开裂机理

1)淬火马氏体脆性是钢件开裂的主要原因

一般来说,钢中的马氏体韧性较差,随含碳量的增加,韧性急剧下降。含碳量低于0.4%的马氏体尚具有较好的韧性;高于0.6%的马氏体韧性变差,即使进行低温回火,冲击韧性值依然很低。这主要是由于中、高碳钢马氏体的固有脆性决定的。马氏体的固有脆性取决于固溶碳量、组织形态和亚结构、显微局部应力及显微裂缝等因素。①马氏体固溶碳量的影响。增加固溶碳量,不仅改变了马氏体的正方度,而且影响了马氏体的组织形貌和亚结构,使马氏体变脆。马氏体中的碳原子间隙固溶,使铁原子移离其平衡位置,晶格静畸变,形成畸变应力场,即第三类内应力,它使晶格原子间结合力降低。从位错运动角度看,含碳量高于0.25%时,碳原子在晶格中集群化,形成不对称的畸变偶极,它严重阻碍位错运动,是使马氏体韧性降低的最敏感的因素。②马氏体组织形态和亚结构对脆性的影响。板条状马氏体韧性较好,而孪晶型片状马氏体较脆。马氏体板条越细小,断裂韧性值越高,“隐晶”马氏体比粗大的片状马氏体韧性好。位错马氏体中含碳量低,较接近体心立方结构,对韧性损害小。另外,位错亚结构较孪晶可动性大,能缓和局部应力集中,延迟裂纹形核,故韧性好。孪晶亚结构使有效滑移系统减少到1/4。孪晶马氏体含碳量高,正方度大,其变形方式容易以孪生方式进行,这种变形方式易于诱发裂纹,故脆性大。

2)淬火显微开裂及显微局部应力是钢件宏观淬裂的先导

上已叙及,淬火马氏体中易形成显微裂缝,这是奥氏体晶粒范围内的第二类应力造成的,即使不形成显微裂缝,也会有部分第二类应力残留下来,使马氏体更趋脆化,并可能成为宏观淬裂源。

3)宏观内应力是钢件淬裂的应力条件

工件在加热和冷却过程中,会发生热胀冷缩的体积变化,以及因A→M转变时比体积的突然增大而产生的体积膨胀,马氏体形成时的体积变化,与马氏体中的含碳量有关,钢中含碳量越多,则形成马氏体时的比体积变化越大(即膨胀量越大)。