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热处理开裂实例――热应力和组织应力原理应用(二)

而对于大尺寸的接头,不可能完全淬透,淬火应力以热应力为主。从金相分析上看,在接头的整个横向截面上完全是非淬火组织,且实际淬火温度偏高。这在油冷的情况下淬火应力也以热应力为主。对于心部未冷却的长轴空心件,内壁的拉应力是很大的,且这一拉应力是三向的。我们知道,在三向拉应力作用下,材料的塑性会大大降低,出现塑性向脆性的转变,极易产生低应力脆性断裂。接头正是在这种三向拉应力作用下,产生了低应力脆性断裂。实践和理论分析表明,长轴空心件在淬火时,对内孔进行喷水冷却可以大幅度降低内孔表面拉应力,从而防止横向淬裂。

对于作为一般的情况,当工件不能完全淬透时,容易在工件内部出现横向淬火裂纹或横向断裂。作为防止横向淬裂的措施,降低淬火温度,以减小热应力的措施是十分有效的。因为淬火温度愈高,热应力愈大,同时高的加热温度也会使奥氏体晶粒粗化,降低材料的断裂强度。工件出炉后经适当预冷再淬火,对预防横向淬裂十分有效。此外,淬火后及时回火也是防止横裂的有效措施,回火不及时会使残余应力加剧,如果表层残余奥氏体分解,会使心部拉应力进一步增大,因此对于大型淬火件及时回火是必须的。

4.结束语

从本质上讲,淬火裂纹是工件在淬火过程形成的拉应力超过材料断裂强度时产生的,是脆性断裂性质的裂纹。在排除材料的冶金缺陷的情况下,材料的成分、工件的几何尺寸及形状、淬火火冷却速率等因素直接影响到淬火应力的分布。虽然很多情况下,淬火裂纹是在脆性较大的马氏体中形成和扩展的,但实践证明马氏体脆性不应是引起淬火裂纹的主要原因,而淬火时的残余应力分布应更能引起淬火裂纹或开裂。例如本案例的接头是从非马氏体部位启裂。

对于淬火裂纹的分析金相检查虽然可以确定裂纹的性质,但要确定产生淬火裂纹的成因,还应从力学的观点对淬火过程工件的内应力分布状态,以及在各种分布状态下材料力学性能的变化进行分析,这样方能对淬火开裂的本质有比较全面的认识。

参考文献

[1] 东北重型机械学院,大锻件热处理[M].北京:机械工业出版社,1974.

[2] (日)米谷茂著,朱荆璞等译,残余应力的产生和对策[M].北京:机械工业出版社,1983.

[3]孙盛玉等,热处理裂纹分析图谱,[M].大连:大连出版社,2002.

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