一、鍛造裂紋與熱處理裂紋形態(tài)

鍛造裂紋一般在高溫時形成，鍛造變形時由于裂紋擴大并接觸空氣，故在100X或500X的顯微鏡下觀察，可見到裂紋內(nèi)充有氧化皮，且兩側(cè)是脫碳的，組織為鐵素體，其形態(tài)特征是裂紋比較粗壯且一般經(jīng)多條形式存在，無明細尖端，比較圓純，無明細的方向性，除以上典型形態(tài)外，有時會出現(xiàn)有些鍛造裂紋比較細。裂紋周圍不是全脫碳而是半脫碳。

淬火加熱過程中產(chǎn)生的裂紋與鍛造加熱過程形成的裂紋在性質(zhì)和形態(tài)上有明顯的差別。對結(jié)構(gòu)鋼而言，熱處理溫度一般較鍛造溫度要低得多，即使是高速鋼、高合金鋼其加熱保溫時間則遠遠小于鍛造溫度。由于熱處理加熱溫度偏高，保溫時間過長或快速加熱，均會在加熱過程中產(chǎn)生早期開裂。產(chǎn)生沿著較粗大晶粒邊界分布的裂紋；裂紋兩側(cè)略有脫碳組織，零件加熱速度過快，也會產(chǎn)生早期開裂，這種裂紋兩側(cè)無明顯脫碳，但裂紋內(nèi)及其尾部充有氧化皮。有時因高溫儀器失靈，溫度非常高，致使零件的組織極粗大，其裂紋沿粗大晶粒邊界分布。結(jié)構(gòu)鋼常見的缺陷：

1 、鍛造缺陷   （1）過熱、過燒：主要特征是晶粒粗大，有明顯的魏氏組織。出現(xiàn)過燒說明加熱溫度高、斷口晶粒粗大，凹凸不平，無金屬光澤，晶界周圍有氧化脫碳現(xiàn)象。（2）鍛造裂紋：常產(chǎn)生于組織粗大，應(yīng)力集中處或合金元素偏析處，裂紋內(nèi)部常充滿氧化皮。鍛造溫度高，或者終端溫度低，都容易產(chǎn)生裂紋。還有一種裂紋是鍛造后噴水冷卻后形成的。（3）折疊：沖孔、切料、刀板磨損、鍛造粗糙等原因造成了表面缺陷，在后續(xù)鍛造時，將表面氧化皮等缺陷卷入鍛件本體內(nèi)而形成折縫。在顯微鏡上觀察時，可發(fā)現(xiàn)折疊周圍有明顯脫碳。

2 、熱處理缺陷  （1）淬裂：其特點是剛健挺直，呈穿晶分布，起始點較寬，尾部細長曲折。此種裂紋多產(chǎn)生于馬氏體轉(zhuǎn)變之后，故裂紋周圍的顯微組織與其它區(qū)域無明顯區(qū)別，也無脫碳現(xiàn)象。（2）過熱：顯微組織粗大，如果是輕度過熱，可采用二次淬火來挽救。（3）過燒：除晶粒粗大外，部分晶粒已趨于熔化，晶界極粗。（4）軟點：顯微組織有塊狀或網(wǎng)狀屈氏體和未溶鐵素體等。加熱不足，保溫時間不夠，冷卻不均勻都會產(chǎn)生軟點。

二、鍛造裂紋與熱處理裂紋產(chǎn)生原因

鍛造裂紋：鋼在鍛造過程中，由于鋼材存在表面及內(nèi)部缺陷，如發(fā)紋、砂眼、裂紋、夾雜物、皮下氣泡、縮  孔、白點和夾層等，都可能成為鍛打開裂的原因。另外，由于鍛打工藝不良或操作不當(dāng)，如過熱、過燒或終鍛溫度太低，鍛后冷卻速度過快等，也會造成鍛件開裂。熱處理裂紋：淬火裂紋是宏觀裂紋，主要由宏觀應(yīng)力引起。在實際生產(chǎn)過程中，鋼制工件常由于結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，鋼材選擇不當(dāng)、淬火溫度控制不正確、淬火冷速不合適等因素，一方面增大淬火內(nèi)應(yīng)力，會使已形成的淬火顯微裂紋擴展，形成宏觀的淬火裂紋，另一方面，由于增大了顯微裂紋的敏感度，增加了顯微裂紋的數(shù)量，降低了鋼材的脆斷抗力Sk,從而增大淬火裂紋的形成可能性。

影響淬裂的因素很多，這里僅將生產(chǎn)中常碰到的幾種情況作一介紹：

1.原材料已有缺陷而導(dǎo)致的淬裂：

如果原材料表面和內(nèi)部有裂紋或夾雜物等缺陷，在淬火之前未發(fā)現(xiàn)，有可能形成淬火裂紋。

2、夾雜物導(dǎo)致的開裂：

如果零件內(nèi)部夾雜物嚴重，或本身因夾雜物嚴重已經(jīng)隱藏有裂紋，淬火時將有可能產(chǎn)生裂紋。

3、因原始組織不良而導(dǎo)致的淬裂：

4、淬火溫度不當(dāng)造成的淬裂：

淬火溫度不當(dāng)引起零件淬裂，一般有兩種情況：

（1）儀表指示溫度低于爐子的實際溫度，使淬火溫度偏高，造成淬火過熱，導(dǎo)致工件發(fā)生開裂。凡是過熱淬火開裂的金相組織均存在晶粒粗大和粗大的馬氏體。

（2）鋼件實際含碳量高于鋼材牌號所規(guī)定的含量，若按原牌號的正常淬火工藝淬火時，等于提高了鋼的淬火溫度，容易造成零件過熱和晶粒長大，使淬火時應(yīng)力增大而引起淬裂。

5、淬火冷卻不當(dāng)造成的淬裂：

淬火時由于冷卻不當(dāng)，也會使零件產(chǎn)生淬裂事故。

6、機加工缺陷導(dǎo)致的淬裂由于機加工不良，在零件表面留下了粗而深的刀痕，盡管是很簡單的零件或不是應(yīng)力集中的地方，也會在淬火時造成開裂，或在服役過程中發(fā)生早期損壞。

7、零件外形對淬火裂紋的影響零件幾何形狀不合理，或截面過度區(qū)厚薄相差 較大，在淬火時均易因應(yīng)力集中產(chǎn)生裂紋

8、不及時回火導(dǎo)致的開裂淬火后不及時回火，將可能因淬火殘余應(yīng)力過大而導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生。

總之，應(yīng)用金相方法進行缺陷分析是一項較為復(fù)雜的工作，由于零件失效有時是由多種因素所造成的，所以在實際工作中，應(yīng)做多方面調(diào)查，掌握實情，并從多方面進行分析，以確保缺陷分析的準(zhǔn)確性。

三、熱處理裂紋產(chǎn)生機理與磨削裂紋產(chǎn)生機理

熱處理裂紋：

產(chǎn)生機理：工件淬火后出現(xiàn)開裂是由內(nèi)應(yīng)力引起的。

內(nèi)應(yīng)力分為熱應(yīng)力與相變應(yīng)力。

1）工件在加熱或冷卻時，由于不同部位存在著溫度差而導(dǎo)致熱脹或冷縮不一致所引起的應(yīng)力稱為熱應(yīng)力。

2）淬火工件在加熱時，鐵素體和滲碳體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，冷卻時又由奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。由于不同組織的比容不同，故加熱冷卻過程中必然要發(fā)生體積變化。熱處理過程中由于工件表面與心部的溫差使各部位組織轉(zhuǎn)變不同時進行而產(chǎn)生的應(yīng)力稱為相變應(yīng)力。

淬火冷卻時，工件中的內(nèi)應(yīng)力超過材料的屈服點，就可能產(chǎn)生塑性變形，如內(nèi)應(yīng)力大于材料的抗拉強度，則工件將發(fā)生開裂。

磨削裂紋：

產(chǎn)生機理：

高的磨削溫度容易燒傷工件表面，使淬火鋼件表面退火，硬度降低。即使由于切削液的澆注，可能發(fā)生二次淬火，也會在工件表層產(chǎn)生張應(yīng)力及微裂紋，降低零件的表面質(zhì)量和使用壽命。

1、零件熱處理裂紋產(chǎn)生的原因

零件在熱處理過程中會產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力(組織應(yīng)力和熱應(yīng)力)，當(dāng)這些應(yīng)力超過鋼的屈服強度時，會引起零件的變形；當(dāng)應(yīng)力更大，超過鋼的抗拉強度時，則會造成零件的開裂。

作用在零件上的應(yīng)力有兩種：壓應(yīng)力和拉應(yīng)力。淬火時形成的拉應(yīng)力是引起淬火裂紋的主要原因。但是當(dāng)鋼的塑性較高時，即使有較大的拉應(yīng)力也不會引起零件的開裂，比如沒有發(fā)生組織轉(zhuǎn)變的去應(yīng)力退火，獲得較多殘留奧氏體的等溫淬火等。只有在應(yīng)力較大，又具備了高硬度、脆性大的組織時，才容易造成零件的開裂。故淬火裂紋的形成必須同時存在兩個條件：一是具有脆性組織；二是拉應(yīng)力超過了此時鋼的抗拉強度(當(dāng)然其他情況也能促使零件裂紋發(fā)生，比如原材料缺陷、設(shè)計及機械加工不當(dāng)造成的缺陷等)。

2、關(guān)于裂紋的類型

裂紋的分類方法各種各樣。按裂紋的方向分，有縱向裂紋、橫向裂紋、弧形裂紋和網(wǎng)狀裂紋(又稱龜裂)等；按裂紋發(fā)生的位置分，有表層裂紋(或稱表面裂紋)和內(nèi)部裂紋；按裂紋發(fā)生在不同的工序分，有鍛造裂紋、焊接裂紋、淬火裂紋、回火裂紋、冷處理裂紋、酸洗裂紋及磨削裂紋等。零件在熱處理過程中以淬火裂紋為最多。

3、裂紋的分辨方法

如何區(qū)分究竟是淬火裂紋、回火裂紋、鍛造裂紋還是磨削裂紋等是很重要的，這樣便于準(zhǔn)確查找裂紋發(fā)生在哪一工序，有利于分析裂紋產(chǎn)生的原因。

第一，注意淬火裂紋和磨削裂紋形態(tài)的不同。對于淬火時未發(fā)現(xiàn)而在磨削后才發(fā)現(xiàn)的裂紋，要區(qū)別是淬火裂紋還是磨削裂紋。在裂紋未附著污染物時比較容易，此時注意裂紋的形態(tài)，特別是裂紋發(fā)展的方向，磨削裂紋是垂直于磨削方向的，呈平行線形態(tài)，或呈龜甲狀裂紋。磨削裂紋的深度根淺，而淬火裂紋一般都比較深  比較大，與磨削方同無關(guān)，多呈直線刀割狀開裂。

第二，注意裂紋發(fā)生的部位。尖銳的凹凸轉(zhuǎn)角處、孔的邊緣處、刻印處、打鋼印處及機械加工造成的表面缺陷等部位，在這些部位發(fā)生的裂紋多屬淬火裂紋。

第三，通過觀察零件的裂斷面來區(qū)分是淬火裂紋還是淬火前的鍛造裂紋或其他情況造成的裂紋。若裂紋斷面呈白色或暗白色或淺紅色(水淬時造成的水銹)，均可斷定為淬火裂紋，若裂紋斷面呈深褐色，甚至有氧皮出現(xiàn)，那就不是淬火裂紋，系淬火前就存在的裂紋，是零件經(jīng)過鍛造或壓延時形成的裂紋，這些裂紋都會因淬火而被擴大。因淬火裂紋基本上是在MS點以下時形成的，其斷面是不會被氧化的。

第四，在顯微組織中，淬火裂紋是沿晶界斷裂，若不是沿晶界斷裂，而是沿晶內(nèi)斷裂，則屬于疲勞裂紋。

第五，如果裂紋周圍有脫碳層存在，那就不是淬火裂紋，而是淬火前就存在的裂紋，因為淬火裂紋是淬火冷卻時產(chǎn)生的，絕不會發(fā)生脫碳現(xiàn)象。

（來源：熱處理技術(shù)）