冶金因素对淬火裂纹形成的影响

1. 钢件的冶金质量

钢件可用锻件、铸件、冷拉钢材、热轧钢材加工而成，各种毛坯或材料生产过程中均可能产生冶金缺陷，或者将原料的冶金缺陷遗传给下道工序，最后这些缺陷在淬火时可以扩展成淬火裂纹，或导致裂纹的发生。

铸钢件在热加工工艺过程中（钢的冶炼、造型、浇铸、清理等），因工艺不当，在铸件内部或表面可能形成气孔、疏松、砂眼、偏析、裂痕等缺陷，这些缺陷在粗加工后，未得到消除，随后淬火时，缺陷则是裂纹源，极易形成淬火裂纹。

钢件毛坯中相当多的为锻件。锻件毛坯可以由钢锭直接开坯制成，也可由热轧钢锻造而成。最终的冶金缺陷表现为缩孔、偏析、白点、夹杂物、裂纹等。这些缺陷对钢的淬火裂纹有很大的影响。一般说来，缺陷越严重，形成淬火裂纹的倾向性越大。

偏析是在钢锭凝固时，磷、硫、碳和氧等元素在局部地区富化的现象。这种钢锭表层和中心部分产生化学元素数量的差异，称为钢锭偏析。它与结晶偏析不同，前者不能通过热处理来消除。在高合金钢及工具钢中，偏析使各金属间的结合力降低，导致淬火裂纹的发生。碳含量明显增加部分（碳的偏析）在热处理时易产生裂纹。

用有偏析的毛坯制造零件、特别是复杂工件，淬火开裂倾向性较高。这是由于各区域化学成分不同，Ms点也不同，即马氏体转变的不同时性较大，从而造成较大的内应力，以致淬火开裂。

高速钢的碳化物偏析对高速钢刀具的裂纹形成倾向有很大影响。研究表明一旦碳化物偏析达到五级或五级以上时，按正常的温度淬火后，形成裂纹的敏感度激增。这是因为钢中碳和合金元素较高的地区，在一定程度上降低了材料的熔点，即使在正常温度下淬火，也易出现过热或过烧组织，提高了淬火开裂的敏感性。由于轧制钢材中的碳化物偏析，大多数集中在钢材的心部附近，则形成中心区域碳和合金元素富集现象，使钢件的心部Ms点降低，淬火冷却时，心部马氏体转变较慢，从而造成很大的内应力。碳化物偏析严重区域淬火后，保留有较多的残留奥氏体，在回火时，则生成较多的马氏体，从而增加内应力。因为在碳化物偏析严重区域与正常分布区域之间有很大的应力集中，这些都极易产生裂纹。

白点敏感性的钢，在冶炼、浇铸、锻造工艺不当时，在锻件上则易产生白点。白点实际上是细小的裂纹。这种材料在淬火时，白点则可成为淬火裂纹源。在尺寸较大的锻件上如大轴、冷轧辊，淬火之后往往会出现延迟开裂，在裂纹扩展时，有时还会发出惊人的巨响。白点的起因是由于工件心部含氢量过高所致。

非金属夹杂物较多的钢锭，由于热加工工艺不当，在轧制或锻造之后会明显出现带状的夹杂物。这种缺陷将提高淬火内应力分布的不均匀性，从而使工件的淬火裂纹敏感性增加。

经分析，断口上有明显而严重的缺陷，裂源在缺陷处。经能谱仪分析，缺陷为含Si、Mn、Fe等元素的复合夹杂物。自裂源附近取样，金相组织正常。在垂直断口的磨面上于断口处发现大量的沿晶二次裂纹，表现出脆性特征。这与宏观断口是一致的。磨光金相磨面在显微镜下观察，发现断口处及附近晶界有大量夹杂物，断口上的夹杂物深达8mm，这是引起淬火裂纹扩展导致断裂的主要原因。

具有枝晶偏析的钢锭，经轧制和锻造，枝晶干和枝晶间被延伸拉长，形成流线，流线使钢材的性能具有方向性，垂直于流线方向断裂强度较低，淬火的不均匀应力可能使工件沿流线方向产生裂纹。