鋼件淬火開裂機理

1)淬火馬氏體脆性是鋼件開裂的主要原因

一般來說,鋼中的馬氏體韌性較差,隨含碳量的增加,韌性急劇下降。含碳量低于0.4%的馬氏體尚具有較好的韌性;高于0.6%的馬氏體韌性變差,即使進行低溫回火,沖擊韌性值依然很低。這主要是由于中、高碳鋼馬氏體的固有脆性決定的。馬氏體的固有脆性取決于固溶碳量、組織形態(tài)和亞結(jié)構(gòu)、顯微局部應(yīng)力及顯微裂縫等因素。①馬氏體固溶碳量的影響。增加固溶碳量,不僅改變了馬氏體的正方度,而且影響了馬氏體的組織形貌和亞結(jié)構(gòu),使馬氏體變脆。馬氏體中的碳原子間隙固溶,使鐵原子移離其平衡位置,晶格靜畸變,形成畸變應(yīng)力場,即第三類內(nèi)應(yīng)力,它使晶格原子間結(jié)合力降低。從位錯運動角度看,含碳量高于0.25%時,碳原子在晶格中集群化,形成不對稱的畸變偶極,它嚴(yán)重阻礙位錯運動,是使馬氏體韌性降低的最敏感的因素。②馬氏體組織形態(tài)和亞結(jié)構(gòu)對脆性的影響。板條狀馬氏體韌性較好,而孿晶型片狀馬氏體較脆。馬氏體板條越細(xì)小,斷裂韌性值越高,“隱晶”馬氏體比粗大的片狀馬氏體韌性好。位錯馬氏體中含碳量低,較接近體心立方結(jié)構(gòu),對韌性損害小。另外,位錯亞結(jié)構(gòu)較孿晶可動性大,能緩和局部應(yīng)力集中,延遲裂紋形核,故韌性好。孿晶亞結(jié)構(gòu)使有效滑移系統(tǒng)減少到1/4。孿晶馬氏體含碳量高,正方度大,其變形方式容易以孿生方式進行,這種變形方式易于誘發(fā)裂紋,故脆性大。

2)淬火顯微開裂及顯微局部應(yīng)力是鋼件宏觀淬裂的先導(dǎo)

上已敘及,淬火馬氏體中易形成顯微裂縫,這是奧氏體晶粒范圍內(nèi)的第二類應(yīng)力造成的,即使不形成顯微裂縫,也會有部分第二類應(yīng)力殘留下來,使馬氏體更趨脆化,并可能成為宏觀淬裂源。

3)宏觀內(nèi)應(yīng)力是鋼件淬裂的應(yīng)力條件

工件在加熱和冷卻過程中,會發(fā)生熱脹冷縮的體積變化,以及因A→M轉(zhuǎn)變時比體積的突然增大而產(chǎn)生的體積膨脹,馬氏體形成時的體積變化,與馬氏體中的含碳量有關(guān),鋼中含碳量越多,則形成馬氏體時的比體積變化越大(即膨脹量越大)。