一些热处理常见的缺陷及预防对策
1. 热处理后常见的缺陷是硬度不合格
金属材料的硬度与其静拉伸强度和疲劳强度存在一定的经验关系,并与金属的冷成形性、切削加工性和焊接性能等加工工艺性能存在某种程度的关系;硬度试验不损坏工件,测试简单,数据直观,故而被广泛用作热处理工件的重要的质量检验指标。
硬度不合格是常见的热处理缺陷之一。主要为淬火冷却速度不够、表面脱碳、钢材淬透性不够、淬火后残余奥氏体过多、回火不足等因素造成的。
而淬火工件在局部区域出现硬度偏低的现象叫做软点。
软点区域的围观组织多为马氏体和沿原奥氏体晶界分布的托氏体混合组织。软点或硬度不均匀通常是由于淬火加热不均匀或淬火冷却不均匀所引起。加热时炉温不均匀,加热温度或保温时间不足也是造成加热不均匀的主要原因。
冷却不均匀主要由于淬火冷时工件表面附着着淬火介质的气泡、淬火介质被污染(例如水中有油悬浮珠)或淬火介质搅动不充分所造成的。此外,钢材组织过于粗大,存在严重偏析,大块碳化物或大块自由铁素体也会造成淬火不均匀形成软点。
软点
淬火加热的目的是使工件在淬火过程中完成组织转变。为此,必须加热到适当温度并有足够保温时间。加热温度偏低和保温时间不足使得原珠光体组织未能完全转变为奥氏体和转变的奥氏体成分不均匀,淬火后得不到完全马氏体组织,结果使工件淬火后形成软点。
淬火介质搅拌不充分,工件在淬火介质中移动不够或者工件进入介质方向不对时,往往延迟了工件表面某些部位的蒸汽膜破裂,导致该处冷却速度降低,从而出现高温分解产物,形成软点或局部硬度下降。水蒸气膜比盐水稳定,因此软点更易在水淬的工件上形成。水和水溶液的温度越高越容易产生软点。
淬透性较差的碳钢,工件截面较大时容易出现软点。工件表面不清洁,如有铁锈、碳黑等,也会造成淬火后出现硬度偏低的现象。
硬度不足
加热不足往往会导致淬火件硬度不足。但冷却不当却是工件硬度不足的常见原因。工件出炉后至淬火前预冷时间过长,冷却介质选择不当或冷却介质温度控制偏高,导致冷却能力不够,工件表面有氧化皮或附着盐液,淬火后工件从淬火介质中提出时温度过高,均可能导致过冷奥氏体在C 曲线的珠光体转变区域发生分解,形成索氏体和托氏体等非马氏体组织使工件硬度不足。
淬火组织中存在大量残余奥氏体也是淬火工件硬度不足的重要原因。残余奥氏体量与奥氏体化学成分有关,含碳量大于0.5%~0.6% 时,淬火组织中即可明显的观察到残余奥氏体的存在,继续增加碳含量,残余奥氏体量急剧上升,碳的质量分数为1.4%时,残余奥氏体量(体积分数)达 30%。
凡是以置换方式固溶于奥氏体的合金元素皆引起残余奥氏体量的增多。残余奥氏体量较少时,对硬度没有明显影响,残余奥氏体量较多时,将导致硬度下降,体积分数20% 的残余奥氏体将使淬火硬度下降约 6.5HRC 。
2. 另一个常见缺陷是过热与过烧
金属或合金在热处理加热时,由于温度过高,晶粒长得很大,以致性能显著降低的现象,称之为过热;加热温度接近其固相线时,晶界氧化和开始部分熔化的现象,称之为过烧。
过热
过热组织包括结构钢的晶粒粗大,马氏体粗大、残余奥氏体过多、魏氏组织,高速钢的网状碳化物、共晶组织(莱氏体组织)、萘状断口、马氏体不锈钢的铁素体过多、黄铜合金脱锌使表面出现白灰,酸洗后呈麻面等。
过热的重要特征是晶粒粗大,它将降低钢的屈服强度、塑性、冲击韧度和疲劳强度,提高钢的脆性转变温度。过热的另一个重要特征是淬火马氏体粗大,它将降低冲击韧度和耐磨性,增加淬火变形倾向和淬火开裂倾向,
钢的过热缺陷还有魏氏组织、萘状断口、石状断口等,不仅能大大降低钢的力学性能而且很容易产生淬火开裂。
为了防止产生过热,应正确的制定并实施合理的热处理工艺,严格控制炉温和保温时间一般过热组织可以通过多次退火或正火,对于较严重的过热组织,如石状断口,不能用热处理防止,必须采用高温形变和退火联合作用才能防止。
过烧
过烧组织包括晶界局部熔化、纤维空洞,铝合金表面发黑、起泡、断口灰色无光泽,镁合金表面氧化瘤等。
过烧组织使性能严重恶化,极易产生热处理裂纹,所以过烧是不允许产生的热处理缺陷,一旦出现过烧,珍贵零件只能报废,因此热处理生产中要严格防止出现过烧。
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