淬火裂纹一旦发生,绝大多数情况下将造成零件的报废,因而预防淬火裂纹的产生非常重要。设计者应正确地选择材料,合理地进行结构设计,提出恰当的热处理技术要求。零件设计完成后,热处理工艺人员要对图样进行工艺性审查。最后工艺人员还要全面分析、妥善安排工艺路线等。
钢材的选择应由材料工程师和设计师联合进行,其选用主要从技术性和经济性两个方面进行分析。
所谓经济性,一般是从价值工程观点出发,在满足性能要求的前提下,应选择价格便宜、工艺性好、不易淬裂的钢种。当然,对于重要零件,从使用的安全性出发,选用较贵的材料也是许可的,要经过综合分析对比做出选择。同时,还必须将材料费用,加工费用,以及管理费用结合起来,即总的制造费用是最低的。
技术性主要指零件的服役性能和工艺性能两方面。属于零件服役条件的要求,最基本的是零件受力状态,以及所需要的性能,如抗拉强度、疲劳强度、耐磨性、耐冲击性、耐腐蚀性等,也就是说,通过热处理后可是零件满足上述一项或几项要求。此外,为了加工和热处理,材料应有较好的加工性,热处理性能要好,易于淬火,变形小,淬裂倾向性小。
技术性和经济性二者常常是有矛盾的,必须综合分析确定。
在工艺上一个重要因素就是尽量减小淬裂倾向。在满足经济性和技术性以后,就要考虑材料的淬裂倾向。从减小淬裂倾向出发,应注意以下问题。
碳是影响淬裂倾向的一个重要因素,碳含量提高,Ms点降低,淬裂倾向度增大,在满足基本性能如硬度、强度的前提下,尽量选用较低的碳含量。随着含碳量的降低,钢不产生裂纹的临界直径可以增大。当碳的质量分数低于0.3%以下时,在各种截面尺寸下均不易脆裂。
合金元素对淬裂倾向的影响主要体现在对淬透性、Ms点,晶粒度长大倾向、脱碳的影响上。
合金元素通过对淬裂倾向的影响,从而影响到淬裂倾向,一般来说买这种影响有两个方面。一方面,淬透性增加,淬裂性增加;另一方面,淬透性增加们可以选用冷却能力弱的淬火介质和减少淬火变形的方法(如等温淬火、分级淬火等)来防止复杂零件的变形与开裂。例如,用Cr12MoV、W18Cr4V、4Cr5W2VSi等钢,采用油淬、硝盐浴淬火以及空冷淬火等可以达到硬化。对于形状复杂的工模具,为了避免淬火开裂,选择淬透性较好的钢,并用冷却能力弱的淬火介质是一个较好的方案。
合金元素对Ms的影响较大,一般来说,Ms越低的钢,淬裂倾向越大。当Ms点高时,相变生成的马氏体可能立刻被自回火,从而消除一部分相变应力,可以避免发生淬裂。当碳含量确定以后,应该选用少量的合金原色,或者含对Ms点影响较小的元素的钢种。
选择钢材时,还应考虑过热敏感性。过热敏感的钢,容易产生裂纹。所以选择材料应该引起重视。采用铝铁合金脱氧,或钢种含有钒、钛、铌等元素的钢,其过热倾向较小。
脱碳不仅使零件力学性能如硬度、强度、耐磨性和疲劳强度下降,而且脱碳层中残存较大的拉应力,导致淬火裂纹或磨削裂纹。钢材的脱碳敏感性与化学成分有关。钢中碳含量增高,特别是硅、硼、铝等元素含量较高时,容易脱碳。
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