鋼熱處理產生缺陷原因分析論文
摘 要：熱處理是保證產品或零件使用性能的重要工序。如果熱處理不當，就會產生各種各樣的熱處理缺陷，使產品或零件達不到預期的使用性能，產生不合格品或廢品。熱處理前由于設計不良、原材料或毛坯缺陷，熱處理中因工藝不當、操作不當、設備和環(huán)境條件不合適，以及熱處理后因后續(xù)加工工序不當或者使用不當，都可能產生與熱處理有聯(lián)系的缺陷。
關鍵詞：熱處理；工藝；缺陷；分析
1、熱處理缺陷一般按缺陷性質分類
主要包括熱處理裂紋、變形、殘余應力、組織不合格、性能不合格、脆性及其他缺陷七大類。缺陷中最常見的是熱處理變形，包括尺寸變化和形狀畸變；最危險的是裂紋，包括淬火裂紋、延遲裂紋、冷處理裂紋、回火裂紋、時效裂紋、磨削裂紋和電鍍裂紋等。
1.1、退火與正火常見缺陷：軟化不充分、退火脆性、滲碳體石墨化、氧化、脫碳、過熱、過燒、魏氏組織、網(wǎng)狀碳化物等；
1.2、淬火常見缺陷：吹火裂紋、淬火表形、硬化不充分、軟點、氧化、脫碳、過熱、過燒、放置裂紋、放置變形等；
1.3、回火常見缺陷：回火裂紋、回火脆性、回火變形、殘余應力過大等；
1.4、滲碳與碳氮共滲常見缺陷：滲碳過度、滲碳不均勻、反常組織、內氧化、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、滲金屬常見缺陷：滲層過厚或不足、漏滲、滲層損傷、氧化、腐蝕、滲層分層、鼓包等；
2、主要熱處理缺陷產生原因分析
2.1、產生熱處理裂紋原因分析
熱處理裂紋依據(jù)裂紋擴展的程度不同，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度，因為應力場的變化及裂紋擴展阻力的變化等復雜因素的綜合影響，使得裂紋難以繼續(xù)擴展，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，且沒有宏觀塑性變形。
2.2、產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力造成的。其次，工件的結構形狀、原材料質量、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的支承或夾持不當?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、產生熱處理殘余應力原因分析
工件在加熱和冷卻過程中，由于熱脹冷縮和相變時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行，因而產生內應力。按照內應力的成因可將其分為熱應力和組織應力。熱應力是指由表層心部的溫度差引起的熱脹冷縮不均勻而產生的內應力，組織應力是由相變引起的比體積變化，又稱相變應力。
殘余應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，殘余應力向熱應力型轉化；形狀復雜或尺寸突變時，在尺寸突變部位殘余應力增大；淬透時冷卻越快，熱應力越大；未淬透時由組織應力和熱應力綜合作用。表面淬火件的'殘余應力表現(xiàn)為表層為壓應力，心部為拉應力；經滲碳、碳氮共滲的零件，表層產生很大的壓應力、心部產生很大的拉應力。
2.4、產生熱處理力學性能不合格原因分析
熱處理力學性能不合格分為硬度缺陷、拉伸性能和疲勞強度不合格、耐腐蝕性能不足及持久蠕變性能不合格等。其原意一般是因為材料的固有缺陷、熱處理的工藝參數(shù)不合理、加熱和冷卻方式不當、熱處理工藝執(zhí)行不嚴等因素造成的。
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，對工件的性能影響很大，決定著工件的內在質量，淬火不充分或淬透層深度不足，會導致工件的拉伸性能和疲勞強度下降。
2.5、產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，與熱處理有關的常見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出現(xiàn)，它與回火后的冷卻速度無關，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，缺口沖擊試樣的斷裂形式由韌性斷裂轉變?yōu)榇嘈詳嗔�，通常用一個特定的轉變溫度來表示該轉變，該轉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，與熱處理無關。
結語：如今我國機械產品和世界先進水平之間存在的差距達20年，熱處理裝備與技術還十分落后，和美國的水平存在著很大的差距，顯然，我國熱處理技術趕超世界先進水平任重而道遠。
參考文獻：
[1] 《金屬材料與熱處理工藝關系的探討》論文 劉小軍.
[2] 《中國機械工程學會熱處理學會編，熱處理手冊（第四版）第1卷 工藝基礎，機械工業(yè)出版社，2008.
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