冷却速度与淬火裂纹

孤鸿踏雪

今天拜读大和九重雄的《热处理150问》，作者有一段这样的论述：过慢的和过快的冷却速度均难以引起淬裂，而介于二者之间，即不快不慢的冷却速度则易淬裂。并举例说，若油淬不裂的工件改用水淬时会发生淬裂，若进一步改为盐水淬火或喷液淬火，裂纹又不出现。
  大家讨论一下个人对上述观点的看法，并借此交流一下自己的经验。

高合金

回复 1# 孤鸿踏雪


　　关于此问题有这样一种解释：在组织转变时，存在“热缩冷涨”现象，或者说在淬火获得马氏体时，体积会迅速膨胀。但工件本身又存在热涨冷缩现象，如果冷却速度适当，这种现象相抵，工件是相当安全的，不容易产生裂纹。
　　如果有者大于后者，工件表面产生压应力，产生裂纹的倾向小些；后者大于前者，工件表面产生拉应力，产生裂纹的倾向大些。
　　1、有人认为油冷会减少裂纹的倾向，是因为它的组织转变缓慢，且获得的组织性能塑性稍好些，不易开裂；2、水冷淬火获得相对组织较硬，相对冷却速度不够快，组织转变由表面向心部有梯度变化，先转变的表面在随后的冷却中受心部膨胀和冷却的双重拉应力，极易产生裂纹；3、如果冷却速度足够快，如盐水、碱水冷却，它的组织转变迅速，变化梯度小，膨胀与冷缩大致相抵，这样反而不易产生裂纹。
　　这种思想对不同材质有不同的界限，不能一概而论。
　　上述观点是就一般小件而言，如果是大型工件，它的组织变化和冷却效果发生的变化，这样思想理论并不适用。
　　个人观点，交流。

离别钩

这个不难理解：淬火过程中表面先转变为M产生相变膨胀而受压应力，后心部转变使表面受拉应力。冷却速度缓慢时应力逐渐产生并逐渐分散而使表面应力始终不大，不产生裂纹，快速冷却时表面心部接近同时转变而应力较小也不产生裂纹。

老热工

这句话与钢的有效厚度，形状与淬透性存在一定尺寸比例的场所。小的、薄的、形状简单的零件淬火不管是水冷还是油冷，都没有开裂的忧虑；大尺寸、零件淬透性不好的零件淬火不管是水冷还是油冷，也都没有开裂的忧虑；大尺寸、零件淬透性好的零件淬火应尽量慢冷，才不会出现开裂，稍快就会出现开裂；钢材的导热性也会影响开裂的产生。就是哪些形状复杂、尺寸突变、尺寸又是在淬透性尺寸左右的零件在淬火时才要寻找合适的淬火速度也就是冷却速介于快冷和慢冷之间。

hehongzhan

很多书介绍淬火冷却速度快在Ⅰ区内，可以防止裂纹。实际发生裂纹时，我们都采取降低淬火冷却速度来防止裂纹。因为我们还考虑材料缺陷问题带来的裂纹，减小应力不超过材料的抗拉强度。

离别钩

这就像做45钢淬火淬水时有个裂纹敏感尺寸：壁厚5-12mm,当小于这个尺寸时，可认为冷却速度快，心部和表面接近同时转变而应力小不出现裂纹，当大于这个尺寸则认为冷却速度缓慢，从表面到心部马氏体逐渐形成（缓慢）应力也逐步形成并分散，换句话说表面形成马氏体后，次表面又形成马氏体，由于冷速慢次表面形成马氏体不多或次表面较薄，产生的应力也小，然后逐渐转变至心部，由于表面应力小所以不产生裂纹。

大虾

我弱弱的问一下大家，大和九重雄先生的这一观点是不是一个放置四海皆准的真理？
支持7楼专家意见！

ylj_323

这段我也读过，两者看起是否有矛盾，起初我觉得有矛盾，但是后来想想也有一些道理，组织转变中出现混合组织变形与开裂的现象是比较多，而且收缩比较明显，呵呵。。。！老九先生这话说的PAG看来没出路了

tlx322

应考虑工件尺寸，不能这样盲目而言，还要考虑工件淬硬层深。也就是热应力和组织应力的结合。

shenjin-5

这个就是有心淬火和无心淬火吧

孤鸿踏雪

回复 9# shenjin-5


    这和有芯淬火与无芯淬火好像没有关系吧？

gydz

呵呵
通过各位高人的介绍
我有点明白为什么淬火时有孔洞的地方，孔洞会变形了

孤鸿踏雪

回复 11# gydz


    诠释一下？

aaron01

我认为应该这样理解，材料的开裂是因为内应力超出其抗拉强度，零件温度在MS点以上没有相变应力，只有热应力，热应力来自于截面上不同部位的温度差，温差越大应力越大，所以对于大截面工件而言，截面越大，温差就越大，越容易裂。而极快的冷速和极慢的冷速，截面上温差都不大，相比而言，水冷这样的条件更容易出问题。
零件在MS点以下问题很复杂，相变应力和热应力叠加，这两个应力一般是相反的，此时需要看是何种应力占主导地位，若相变应力占主导的话，此时冷速越高越容易裂。

wkee

回复 13# aaron01


    弱弱的问一下，如何才能将得知工件开裂是因为相变应力还是因为热应力呢？

孤鸿踏雪

回复 14# wkee


    我来替13#楼专家回答你：
  没有手段能够将其区分。

wkee

这样的话，我如何能知道到底是因为冷速过快而引起的开裂还是冷速过慢引起的开裂！这样说的话，冷速适中当然是最好的！不快也不慢。可版主论点中有过快和过慢都不会引起开裂，因为两种应力相互抵消。这岂不又相互矛盾！？？？

孤鸿踏雪

这样的话，我如何能知道到底是因为冷速过快而引起的开裂还是冷速过慢引起的开裂！这样说的话，冷速适中当然 ...
wkee 发表于 2010-10-1 14:49

    “可版主论点中有过快和过慢都不会引起开裂，因为两种应力相互抵消”，这不是版主的观点，而是大和九重雄先生的观点。说这种两种应力可以抵消（或抵消一部分）是一种定性，而不是定量。

wkee

可否这样说，组织应力和热应力两种相互抵消是一定的。这一点版主也是认可的！而不定量也就是说两种应力不能完全抵消。正如13楼所指，当开裂原因是组织应力的时候，那样冷速越快。相变快，应力大。可是相对的热应力也越大。应该相互抵消的较多。而冷速越慢，因为相变是瞬间产生的，相变应力应该与冷速快的时候相差不大，而热应力因为冷速降低，相对来说减小。两者相互抵消较少。反而开裂的可能会增加吧！？？

孤鸿踏雪

回复 18# wkee


    以下内容是教科书上的原文，希望你能理解：
   实践证明，任何工件在热处理冷却过程中，只要有相变，则热应力和组织应力这两种应力将相伴而生。只不过热应力在高温时就已产生，而组织应力则产生于冷却的后期。
   

wkee

我感觉我自己又把自己给绕进去了！不管怎么说这个论点对我的启发很大。虽然我还是没有搞明白因为所以！可能还是没有悟到，不过还是感谢版主，有那么好的论点可以讨论！