PDF《大型工件热处理过程中的内裂及其预防》

6 看出,断口上 的放射状裂痕,从心部开始一直延伸到表面.由未回火的部分取样金相分析,工件表面也没 有淬硬,组织为淬火索氏体,硬度有 HB300 左右. 图7是铸钢 80CrMo 轧辊的横向内裂断口.由于轧辊已由 ?560mm 加工成 ?390mm, 内裂已暴露于表面.虽然该铸钢轧辊的断口较粗,仍可以看出从心部开始的放射状裂痕. 图545 钢柱塞断口实照 图69Cr2 芯棒断口 图7ZG80CrMo 轧辊断口 通过对以上断口的分析,我们可以看出,热应力型内裂断口具有以下特征: ①大多数系横向断裂,断口齐整;

②断裂起源于截面(或厚度)的中心附近;

③裂痕从心部始,向外呈放射状;

④一次断裂的面积较大,但一般不易延伸到表面,多以内裂形式存在;

⑤对9Cr2 钢芯棒及 ZG80CrMo 钢轧辊断口的扫描电子显微镜观察表明,芯棒的断口大 部分为解理和准解理断口(图8) ;

轧辊的断口大部分为解理断口(图9) ,并伴有沿晶断口 (图10) .这说明热应力型内裂多系淬火后的脆性断裂. 牛俊民论文集共5页第3页图9ZG80CrMo 解理断口*320 图10 ZG80CrMo 沿晶断口*40 图89Cr2 芯棒断口(SEI)*800

二、热应力型内裂形成分析 从材料学的观点来看, 工件之所以产生内裂及断裂, 是由于材料所承受的应力超过了材 料本身的破断抗力. 因此, 我们的分析也必须从热处理淬火和加热时的应力及材料的强度和 塑性两方面考虑. 大型工件热处理淬火过程中的应力,主要由三种应力组成,即热应力、组织应力以及由 于截面上转变组织的比容不同引起的应力.下面我们分别加以讨论. 热应力是热处理过程中,工件表面和中心或薄厚之间,由于加热或冷却速度不一,导致 体积膨胀不均匀而产生的内应力. 一个一定尺寸的圆形工件,从高温快速冷却,表面冷却快,心部冷却慢,内外之间存在 较大的温差.由于表面先冷却要收缩,仍然处于较高温度的心部将阻止它的收缩,所以心部 使表面受拉,相反表面使心部受压,这种应力随着工件内外温差的加大而增加.但是,钢在 高温塑性阶段屈服强度低,塑性变形后应力将得到松弛,这时的热应力不可能很大.当外部 先进入弹性阶段形成冷硬外壳后, 将不允许按照心部需要收缩的要求改变容积和形状, 对心 部的收缩将产生阻碍作用. 这时工件中的热应力分布将发生改变, 表面由原来的受拉转变为 受压,心部则由受压转变为受拉,而且随着冷却的继续进行而不断增大.这就形成了残余热 应力,如图 11(a)所示. 组织应力是钢在淬火冷却时,由于表面冷却得快先发生组织转变(膨胀) ,中心或冷却 较慢的部分后发生转变(亦膨胀) ,从而造成体积转变的不等时性所产生的内应力.仍以圆 形工件为例,当淬火时,它从高温急冷,表面先发生组织转变 (膨胀) ,未发生组织转变的心部将阻碍其膨胀,因而表面受 压,心部受拉.由于这时心部温度较高而且处于奥氏体状态, 塑性较好,将发生不均匀的塑性变形使应力松弛.继续冷却, 当心部也开始转变并体积膨胀时,由于表面已形成弹性的外 壳,将阻碍它的膨胀应力反转为心部受压,表面受拉,形成残 余组织应力,如图 11(b)所示. 图11 大型工件淬火残余应力 大型工件由于截面较大,不容易完全淬透,往往只淬透一 定深度的表层,这样就产生了沿截面上组织比容差异引起的应 力.表1列出了钢的各种组织的比容. 表1钢的各种组织的比容[1] 组织室温下的比容(厘米