金属热处理缺陷分析及案例.
(四)、淬火裂纹:
• 1、淬火目的:强化钢件,获得M。 • 2、类别:纵向裂纹、横向裂纹、网状裂纹和 剥离裂纹,最常见的是纵向裂纹(轴向裂纹) 且常出现于完全淬透的工件上。 • 3、纵向裂纹的原因: • 碳量增加、材质(夹杂物、碳化物)、尺寸、 形状(管件内壁)和淬火加热温度高。
4、淬火裂纹原因:
• • • • • • 主要形式: (1)表层碳化物过多、大块或网状分布; (2)残留A过多; (3)马氏体粗大; (4)内氧化; (5)黑 主要表现: 1、渗前原始F过多、回火S组织粗大; 2、化合物层疏松; 3、针状组织; 4、网状和脉状氮化物;
第六章
三、低、中碳钢预备热处理球化体级 别不合格: • • • • 补救措施: 1、等温球化退火; 2、缓冷球化退火; 3、再结晶球化退火。
四、感应加热淬火组织缺陷:
• 1、常见缺陷:过热和加热不足。 • 2、措施: • 合理选择电流频率、优选比功率和加热时 间、调整感应器与工件的间隙。
五、渗碳组织缺陷:
(二)、组织应力(相变应力):
• 表层为拉应力,心部为压应力。
(三)、残余应力分布及影响因素:
• 取决于成分、淬透性、工件形状、尺寸和热处理 工艺等。 •
规
律:
• 1、尺寸及形状:尺寸增大,向热应力转化; 形状复杂或尺寸突变时在尺寸突变部位残余应 力增大。 • 2、淬透时:冷却越快,热应力越大; • 3、未淬透时:由组织应力和热应力综合作用。
• (3)、分级淬火:快冷至Ms点上保温 后空冷。如截面大、易变形开裂的高 碳、高速钢等,应采用2次或3次的逐 级分级淬火。 • (4)、马氏体等温淬火:冷却至Ms点 下50-100度等温保持。一般用油淬。 • (5)、薄壳淬火:即表层淬火。 • (6)、间断淬火:水-空-水-空- 水冷至室温。此外还有浅冷淬火和局 部淬火。
第二章、热处理裂纹:
• (一)、产生原因:内应力作用下发 生,最终断裂。条件是内应力>脆 断强度。 • (二)、断裂类别: • 1、裂纹按扩展程度:(失稳)可发 展裂纹、阻断裂纹(不断裂)。 • 2、断裂:脆性断裂和韧性断裂。多 数为脆性断裂(断口灰亮色)
(三)、加热不当形成的裂纹: • 升温速度过快(多出现于灰铸铁、 合金铸铁、高锰钢、高合金钢铸 件)、表面增碳或脱碳[合金钢、低 碳马氏体钢20SiMn2MoV,高锰钢 (Mn13)]、过热或过烧(高速钢、不 锈钢)、氢致裂纹(条件:足够氢、 对氢敏感的金相组织和三向应力。 措施:脱氢、低温回火、自然时效、 低氢淬火)
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金属热处理缺陷 分析及案例
授课内容:
• 第一部分: • 常见热处理缺陷的特征、产生原因、危害 性和预防措施。 • 第二部分: • 热处理质量全面控制体系。 • 第三部分: • 典型热处理缺陷案例分析。 • 第四部分: • 总结复习
• 第一部分 • 热处理缺陷特征、原因 及防止措施
E、淬火介质合适:
• 水:简单碳钢件或低淬透性零件。 • 盐水:冷速比水快,但开裂倾向小于 水。 • 碱水:与油相似,用于淬透性较差的 碳钢件,变形小、开裂小。 • 油:有普通、快速、等温油。 • 聚合物溶液:有聚乙烯醇(PVA)和 聚二醇(PAG)。
• F、其它措施: • 及时回火。局部包扎。 • (六)、其它热处理裂纹: • 回火裂纹:多出现于高速钢或高合金工 具钢。 • 冷处理裂纹:高速钢刀具、工模具冷至 -80度以下的淬火处理时易出现裂纹。 • 时效裂纹:高温合金多。 • 磨削裂纹:出现于淬硬工具钢或经渗碳、 碳氮共渗并淬火的零件。 • 电镀裂纹:由于内应力引起应力腐蚀裂 纹。
二、过热与过烧:
• • • • • (一)、区别: 过热:温度高导致晶粒粗大,性能降低。 过烧:温度高导致晶界氧化并部分熔化。 (二)、过热: 特点是晶粒粗大、淬火马氏体粗大、有魏氏组 织、网状碳化物、石墨化共晶组织等。预防措 施如表5-9所示。
(三)、过烧:
• 过烧使零件性能严重恶化,易产生热处理 裂纹,因而过烧是不允许的热处理缺陷。
• D、淬火方法合适: • 应选择增加热应力、减少相变应力的淬火 方式。 • (1)、预冷淬火(降温淬火或延迟淬火)。 • (2)、多介质淬火: • ①、双介质淬火:先强冷后弱冷,如水 -油、水-空、盐水-油、油-空气、碱-空 气。 • ②、三介质淬火:适用于形状复杂、变形 要求严格的零件如碳素钢零件。
(二)、热处理缺陷分析方法:
• 1、热处理缺陷的影响:直接影响产品质量、使用 性能和安全,所以准确分析和判断十分重要。 • 2、分析方法:断口分析(裂源位置、扩展方向、 断裂性质和方式)、化学分析(材料成分、沉积物、 氧化物)、金相分析(晶粒、组织、晶界)、力学性 能试验(硬度、拉伸、冲出、疲劳断裂韧度)、验 证试验(原工艺和改进工艺对比)、综合分析(得出 缺陷产生的几种主要原因,提出改进措施)。
第三章 • • • • •
热处理变形
一、产生原因:热处理应力引起。 二、对质量影响最大:淬火变形。 三、类别:尺寸变化和形状畸变。 四、影响因素: 1、成分(Mn、Cr、Si、Ni、Mo、B等 降低Ms点,减小淬火变形)。 • 工业上应用:微变形钢(含较多的Si、 W、V等合金元素)。
2、组织和应力状态:
• • • •
(四)、表面淬火件的残余应力: 表层为压应力,心部为拉应力。 (五)、化学热处理引起的残余应力: 经渗碳、碳氮共渗的零件,表层产生 很大的压应力、心部产生很大的拉应 力。
三、残余应力对力学性能的影响:
• 1、残余拉应力导致硬度降低,压应力则提高硬 度值。 • 2、残余应力增大,磨损增大。 • 3、疲劳失效: • (1)、失效过程:裂纹萌生→裂纹扩展。 • (2)、残余压应力提高工件的疲劳强度。 • 4、残余拉应力增大了应力腐蚀开裂的敏感性。
第四章
残余应力
• 一、概述: • 由于温度差和相变引起的工件内部残余应 力。 • 形成原因:温度差、体积变化 • 种类:热应力和组织应力
二、热处理内应力:
• • • • (一)、热应力: 1、加热:表层为压应力、心部为拉应力。 2、冷却:表层为拉应力,心部为压应力。 3、残余热应力:表层为压应力、心部为拉应 力。
四、残余应力的调整与消除:
• 有热处理法(部分或全部,但引起组织变化) 和机械作用法(部分消除)。 • 1、去应力退火: • 对铸件、锻件、焊接件和机加件退火。 • 加热至Ac1以下50-200℃,保温后空冷 或炉冷至200-300 ℃后再空冷。 • 2、回火:回火对应力的消除与回火温度的高 低有关系,温度超高→应力消除越彻底,但硬 度降低也越厉害。
• A、冶金因素: • (1)材料质量:冶金缺陷扩展成淬火裂纹。 • (2)、化学成分:①、碳量超高,倾向越大。②、 合金元素:双向作用。 • (3)、原始组织:粗大组织或魏氏组织倾向大。球 状组织倾向小。
B、零件尺寸和结构:
• (1)、截面尺寸过大或过小不易淬 裂。 • (2)、截面突变处:淬裂倾向大。
2、按照危害程度分类:
• (1)、第一类热处理缺陷: 最危险缺陷如裂纹,其中最 主要是淬火裂纹,其次加热 裂纹、延迟裂纹、冷处理裂 纹、回火裂纹、时效裂纹、 磨削裂纹和电镀裂纹等。
(2)、第二类热处理缺陷:
•
热处理中最常见的缺陷是变形,其 中淬火变形占多数。产生原因是:相 变和热应力。 发生频率和严重性较低,如残余应 力、组织不合格、性能不合格、脆性 及其它缺陷。
二、拉伸性能和疲劳强度不合格: 三、耐腐蚀性能不足:
1、常用材料:马氏体不锈钢、 铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、F- A不锈钢和沉淀硬化不锈钢。 2、耐蚀性降低原因:贫铬理论 (即回火温度不当,使碳化铬 Cr23C6沿晶界析出)
3、奥氏体不锈钢的热处理:
第五章
组织不合格
• 一、氧化与脱碳: • 1、氧化: • 使表面粗糙度增加、精度降低,使钢件强 度降低。往往也是淬火软点和淬火开裂的根源。 • 2、脱碳: • 即表面碳量降低。导致钢淬火硬度、耐磨 性及疲劳强度降低,对高速钢舍去降低热硬性。
3、防止和减轻氧化脱碳的措施:
• 主要采用保护气氛炉或真空炉、盐浴炉加热, 或采用感应加热、激光加热等。
• (1)、粒状组织变形小,片状较大,条状变 形最大。组织愈均匀,变形越小。 • (2)、应力集中越严重,则变形倾向越大。 • (3)、形状愈不对称,或冷却的不均匀性愈 大,淬火后变形也愈明显。 • (4)、工艺参数:不均匀加热,加热温度 (组织应力小、热应力大),冷却速度(越快 →内应力越大→变形越大)。
• (3)、第三类热处理缺陷:
•
3、热处理缺陷产生原因:
• 概括为:热处理前、热处理中和热处理后。 • 热处理前:设计不良、原材料或毛坯缺陷。 • 热处理中:工艺不当、操作不当、设备和 环境条件不合适。 • 热处理后:磨削裂纹、磨削烧伤、磨削淬 火、电火花加工裂纹、电镀或酸洗脆性; 应力集中过大裂纹、温度过高裂纹或变形 等。
(5)、时效与冷处理:
• 冷处理目的:保持精度和尺寸稳定。 • 冷处理使体积膨胀; • 低温回火和时效一方面使体积缩小,另一方面 引起形状畸变。
3、化学热处理:
• (1)、高温处理如渗碳,工件变形较大; • (2)、低温处理如渗氮,工件变形较小。
五、热处理变形的矫正:
• (一)、机械矫正法:冷压校正、热压校正、 加压回火校正、锤击校正。 • (二)、热处理校正: • 1、在Ac1温度以下加热急冷:对胀大变形的 工件进行收缩处理; • 2、淬火胀大法:对收缩变形的工件进行胀大 处理。
• A、正确设计产品。 • (1)、技术性和经济性。 • (2)、结构设计:
①、截面尺寸均匀;
• ②、圆角过渡; • ③、形状:球形冷却快于板料。 • (3)、热处理条件
B、合理安排工艺路线
• (1)、形状复杂精度高的零件,粗精加工之 间的淬火前应安排去应力退火。 • (2)、大截面零件(直径或厚度>50)的高 碳钢:淬火前正火。小截面高碳钢件淬火前应 球化退火。 • (3)、淬火前应消除亚共析钢的魏氏组织。 • (4)、高铬钢、轴承钢和高速钢:避免偏析, 严重时应降低淬火温度。