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鋼熱處理產(chǎn)生缺陷原因分析論文
摘 要：熱處理是保證產(chǎn)品或零件使用性能的重要工序。如果熱處理不當(dāng)，就會(huì)產(chǎn)生各種各樣的熱處理缺陷，使產(chǎn)品或零件達(dá)不到預(yù)期的使用性能，產(chǎn)生不合格品或廢品。熱處理前由于設(shè)計(jì)不良、原材料或毛坯缺陷，熱處理中因工藝不當(dāng)、操作不當(dāng)、設(shè)備和環(huán)境條件不合適，以及熱處理后因后續(xù)加工工序不當(dāng)或者使用不當(dāng)，都可能產(chǎn)生與熱處理有聯(lián)系的缺陷。
關(guān)鍵詞：熱處理；工藝；缺陷；分析
1、熱處理缺陷一般按缺陷性質(zhì)分類
主要包括熱處理裂紋、變形、殘余應(yīng)力、組織不合格、性能不合格、脆性及其他缺陷七大類。缺陷中最常見(jiàn)的是熱處理變形，包括尺寸變化和形狀畸變；最危險(xiǎn)的是裂紋，包括淬火裂紋、延遲裂紋、冷處理裂紋、回火裂紋、時(shí)效裂紋、磨削裂紋和電鍍裂紋等。
1.1、退火與正火常見(jiàn)缺陷：軟化不充分、退火脆性、滲碳體石墨化、氧化、脫碳、過(guò)熱、過(guò)燒、魏氏組織、網(wǎng)狀碳化物等；
1.2、淬火常見(jiàn)缺陷：吹火裂紋、淬火表形、硬化不充分、軟點(diǎn)、氧化、脫碳、過(guò)熱、過(guò)燒、放置裂紋、放置變形等；
1.3、回火常見(jiàn)缺陷：回火裂紋、回火脆性、回火變形、殘余應(yīng)力過(guò)大等；
1.4、滲碳與碳氮共滲常見(jiàn)缺陷：滲碳過(guò)度、滲碳不均勻、反常組織、內(nèi)氧化、剝落、表面硬度不足、表面碳化物不合格、心部組織不合格、滲碳層深度不足、心部硬度不合格、表面硬度不足、表面脫碳等；
1.5、滲氮與氮碳共滲常見(jiàn)缺陷：白層、剝落、滲層硬度低、滲層深度不足、滲層網(wǎng)狀或脈沖組織、變形、心部硬度低、滲層脆性、耐蝕性差、表面氧化等；
1.6、滲金屬常見(jiàn)缺陷：滲層過(guò)厚或不足、漏滲、滲層損傷、氧化、腐蝕、滲層分層、鼓包等；
2、主要熱處理缺陷產(chǎn)生原因分析
2.1、產(chǎn)生熱處理裂紋原因分析
熱處理裂紋依據(jù)裂紋擴(kuò)展的程度不同，分為阻斷裂紋和可發(fā)展裂紋。阻斷裂紋尺寸一般小于臨界裂紋長(zhǎng)度，因?yàn)閼?yīng)力場(chǎng)的變化及裂紋擴(kuò)展阻力的變化等復(fù)雜因素的綜合影響，使得裂紋難以繼續(xù)擴(kuò)展，裂紋存在在工件上，并未形成宏觀的斷裂；可發(fā)展裂紋尺寸大于臨界裂紋長(zhǎng)度，造成宏觀的完整破壞，呈現(xiàn)脆性斷裂。斷裂可分為兩種類型，脆性斷裂和韌性斷裂。絕大多數(shù)熱處理裂紋的斷口屬于脆性斷裂，斷口具有灰亮色的金屬光澤，且沒(méi)有宏觀塑性變形。
2.2、產(chǎn)生熱處理變形原因分析
工件的熱處理變形，主要是由于熱處理應(yīng)力造成的。其次，工件的結(jié)構(gòu)形狀、原材料質(zhì)量、熱處理前的加工狀態(tài)、工件的自重以及工件在爐中加熱和冷卻時(shí)的支承或夾持不當(dāng)?shù)纫蛩匾材芤鹱冃�。熱處理變形分為尺寸變化（體積變形）和形狀畸變兩種形式。
2.3、產(chǎn)生熱處理殘余應(yīng)力原因分析
工件在加熱和冷卻過(guò)程中，由于熱脹冷縮和相變時(shí)前后相比體積差異而發(fā)生體積變化，由于工件表層和心部存在溫度差和相變時(shí)間差以及相變量的不同，致使工件表層和心部的體積變化不能同步進(jìn)行，因而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。按照內(nèi)應(yīng)力的成因可將其分為熱應(yīng)力和組織應(yīng)力。熱應(yīng)力是指由表層心部的溫度差引起的熱脹冷縮不均勻而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，組織應(yīng)力是由相變引起的比體積變化，又稱相變應(yīng)力。
殘余應(yīng)力的大小取決于工件的成分、淬透性、形狀尺寸和熱處理工藝。隨著工件尺寸增大，殘余應(yīng)力向熱應(yīng)力型轉(zhuǎn)化；形狀復(fù)雜或尺寸突變時(shí)，在尺寸突變部位殘余應(yīng)力增大；淬透時(shí)冷卻越快，熱應(yīng)力越大；未淬透時(shí)由組織應(yīng)力和熱應(yīng)力綜合作用。表面淬火件的殘余應(yīng)力表現(xiàn)為表層為壓應(yīng)力，心部為拉應(yīng)力；經(jīng)滲碳、碳氮共滲的零件，表層產(chǎn)生很大的壓應(yīng)力、心部產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力。
2.4、產(chǎn)生熱處理力學(xué)性能不合格原因分析
熱處理力學(xué)性能不合格分為硬度缺陷、拉伸性能和疲勞強(qiáng)度不合格、耐腐蝕性能不足及持久蠕變性能不合格等。其原意一般是因?yàn)椴牧系墓逃腥毕�、熱處理的工藝參�?shù)不合理、加熱和冷卻方式不當(dāng)、熱處理工藝執(zhí)行不嚴(yán)等因素造成的。
硬度缺陷主要表現(xiàn)為硬度不足、硬度不均等；淬火工件硬度偏低一般是由于淬火加熱不足、淬火冷卻速度不夠、表面脫碳、鋼材淬透性不夠、淬火后殘余奧氏體過(guò)多或回火不足等因素造成的；硬度不均通常是由于淬火加熱不均勻或淬火冷卻不均勻所引起的。淬火和回火作為最后熱處理工藝，對(duì)工件的性能影響很大，決定著工件的內(nèi)在質(zhì)量，淬火不充分或淬透層深度不足，會(huì)導(dǎo)致工件的拉伸性能和疲勞強(qiáng)度下降。
2.5、產(chǎn)生熱處理脆性原因分析
工件斷裂前不發(fā)生或只有少量宏觀塑性變形，稱為脆性斷裂，與熱處理有關(guān)的常見(jiàn)的材料脆性有回火脆性、低溫脆性、氫脆性、滲氮層脆性等。
回火發(fā)生的脆性分為兩類，第一類回火脆性發(fā)生在淬火馬氏體于200－400℃回火區(qū)間，在碳鋼和合金鋼中都會(huì)出現(xiàn)，它與回火后的冷卻速度無(wú)關(guān)，也叫低溫回火脆性（不可逆回火脆性、回火馬氏體脆性）。第二類回火脆性是發(fā)生在某些合金鋼中，在高于600℃回火，在450－550℃間緩冷，或直接在450－550間回火發(fā)生的脆性（可逆回火脆性、高溫回火脆性或回火脆性）。這類脆性可采取重新加熱至600℃以上，隨后快冷予以消除。
工件隨著溫度降低，在某一溫度范圍內(nèi)，缺口沖擊試樣的斷裂形式由韌性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈詳嗔�，通常用一個(gè)特定的轉(zhuǎn)變溫度來(lái)表示該轉(zhuǎn)變，該轉(zhuǎn)變溫度在一定意義上表征了材料抵抗低溫脆性斷裂的能力。這種隨溫度降低材料由韌性向脆性轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象稱為低溫脆性或冷脆。隨著溫度的降低和工件的有效尺寸、加速速率及應(yīng)力集中的增大，脆性斷裂傾向增大。這些因素屬于外部因素，與熱處理無(wú)關(guān)。
結(jié)語(yǔ)：如今我國(guó)機(jī)械產(chǎn)品和世界先進(jìn)水平之間存在的差距達(dá)20年，熱處理裝備與技術(shù)還十分落后，和美國(guó)的水平存在著很大的差距，顯然，我國(guó)熱處理技術(shù)趕超世界先進(jìn)水平任重而道遠(yuǎn)。
參考文獻(xiàn)：
[1] 《金屬材料與熱處理工藝關(guān)系的探討》論文 劉小軍.
[2] 《中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)熱處理學(xué)會(huì)編，熱處理手冊(cè)（第四版）第1卷 工藝基礎(chǔ)，機(jī)械工業(yè)出版社，2008.
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