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1、弧裂的形成原因及改進(jìn)措施【摘要】活動(dòng)扳手常規(guī)淬火后，在缺口及圓孔處常出現(xiàn)表面裂紋，分析原因是由于弧裂引起的。具有弧裂形成的幾何敏感部位，在淬火冷卻過(guò)程中的主要功能，是顯著降低那里的淬火實(shí)際冷卻速度，產(chǎn)生緩冷效應(yīng)，使局部未淬硬，產(chǎn)生淬火屈氏體組織，并處在馬氏體的包圍之中，即屈氏體軟斑。并由此產(chǎn)生了起源于馬氏體—屈氏體的不同比容和不同收縮傾向而作用于該處表面局部合成拉應(yīng)力。零件在低溫期內(nèi)的冷速愈高，表面合成局部拉應(yīng)力值越大。當(dāng)其值超過(guò)材料的斷裂強(qiáng)度時(shí)，便在那里致裂，產(chǎn)生沿弧面形成并擴(kuò)展的弧裂?！ 娟P(guān)鍵詞】弧裂;淬火;裂紋;幾何敏感部位;緩冷效應(yīng) 在快速冷卻條件下
2、,弧裂的形成既與試件的幾何尺寸有關(guān),也與其局部幾何結(jié)構(gòu)有關(guān),而且基本上是由后者決定的,我們把這種局部幾何結(jié)構(gòu)稱(chēng)為弧裂形成的幾何敏感部位。在淬火件上,常見(jiàn)的幾何敏感部位的結(jié)構(gòu)形式有孔洞、凹陷面、軸肩(階梯軸類(lèi))、凸緣和輪齒等。它的功能,是在零件淬火冷卻過(guò)程中,顯著降低實(shí)際冷卻速度(珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)間內(nèi)),使之不能淬硬并產(chǎn)生淬火軟斑。這為淬火件上形成稱(chēng)之為表面局部拉應(yīng)力的局部應(yīng)力場(chǎng),創(chuàng)造了組織條件?；×训男纬?就是這種表面局部拉應(yīng)力作用的結(jié)果。過(guò)渡型淬火殘余應(yīng)力的皮下最大拉應(yīng)力,不足以致裂而產(chǎn)生皮下或內(nèi)部弧裂。事實(shí)上,弧裂首先在零件局部幾何結(jié)構(gòu)的表面上形成,并一直在靠近
3、屈氏體軟斑(帶)的馬氏體組織內(nèi)沿弧面擴(kuò)展為弧裂紋,它對(duì)存在于淬火件表面上能引起應(yīng)力集中效應(yīng)因素的作用不敏感。隨局部幾何結(jié)構(gòu)形式的不同,弧裂的形態(tài)會(huì)有很大改變,這使弧裂成為宏觀形態(tài)變異大、分析和預(yù)防都使人感到更困難的一類(lèi)淬火裂紋。 1.弧裂的形成必要條件 1.1弧裂的形成條件 1.1.1整體快速冷卻。可以滿足這一要求的淬火介質(zhì)有水、鹽水、堿水和其他冷速較快的水溶液淬火劑?！ ?.1.2不能淬透。就幾何尺寸而言，能滿足這一要求的是那些中小尺寸的普通鋼制零件。 1.1.3具有弧裂形成的幾何敏感部位?；×阎荒苄纬稍跐M足了上述第一、二兩個(gè)條件的淬火件的局部位置的表
4、面上。這種位置主要由該處幾何結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)所決定，個(gè)別情況下也由淬火的冷卻方法決定。幾何敏感部位常有孔洞類(lèi)、凹面類(lèi)和碗面類(lèi)、截面尺寸突變的結(jié)構(gòu)、軸肩類(lèi)等結(jié)構(gòu)形式?！ ?.2弧裂斷口的微觀形貌特征 弧裂斷口得宏觀形貌特征呈細(xì)瓷狀，其微觀形貌也以穿晶解理斷裂為主，伴有少量沿晶斷裂。而且，在裂紋處與斷口其余部分之間，并無(wú)明顯差異?！ ?.3幾何敏感部位的緩冷效應(yīng) 具有弧裂形成的幾何敏感部位，在淬火冷卻過(guò)程中的主要功能，是顯著降低那里的淬火實(shí)際冷卻速度，及產(chǎn)生所謂的緩冷效應(yīng)。幾何敏感部位引起的緩冷效應(yīng)，使局部未淬硬，產(chǎn)生屈氏體組織，并處于馬氏體的包圍之中。 2.弧裂形
5、成裂紋的特點(diǎn) ?。?）弧裂形成的基本特點(diǎn)是由淬火件上局部幾何結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)決定的局部性，即開(kāi)裂只在零件上被稱(chēng)為弧裂形成的幾何敏感部位上產(chǎn)生，易位不裂。 ?。?）弧裂的的致裂應(yīng)力是產(chǎn)生在幾何敏感部位的表面局部合成拉應(yīng)力，而不是過(guò)渡型淬火殘余應(yīng)力的皮下最大應(yīng)力?！ 。?）弧裂首先形成在淬火件幾何敏感部位的表面上，因而不是內(nèi)部裂紋。 ?。?）大多數(shù)弧裂都以在幾何敏感部位上產(chǎn)生淬火屈氏體軟斑為其形成的必要條件，并且始終形成擴(kuò)展在靠近軟斑的全馬氏體組織區(qū)內(nèi)?！ 。?）弧裂賴(lài)以形成的淬火冷卻條件比較復(fù)雜，首先淬火的整體冷卻是快速的，第二幾何敏感部位在高溫期內(nèi)的冷卻顯著減慢，第三
6、敏感部位在低溫期內(nèi)的冷卻液是快速的?！ ?.弧裂形成的原因 3.1關(guān)于幾何敏感部位的緩冷效應(yīng) 淬火件上具有若干特定幾何結(jié)構(gòu)的幾何敏感部位，可以顯著減緩那里高溫期內(nèi)的淬火冷卻速度，并導(dǎo)致產(chǎn)生淬火屈氏體軟斑及產(chǎn)生所謂的緩冷效應(yīng)。個(gè)中道理，早為日本著名熱處理學(xué)者大和久重雄先生所闡明。他指出：在水中淬火的同一零件上，個(gè)不同部位的實(shí)際冷卻速度不同，并且相差很大?！ ?.2弧裂的致裂應(yīng)力 在大多數(shù)情況下，弧裂的形成都與處在馬氏體包圍之中的淬火屈氏體軟斑的產(chǎn)生直接有關(guān)，因此這種金相組織是誘發(fā)弧裂形成的一個(gè)重要條件?；×训男纬桑耸钱a(chǎn)生在幾何敏感部位的表面局部合成拉應(yīng)力的
7、作用結(jié)果。而這種應(yīng)力的產(chǎn)生主要是由淬火屈氏體軟斑及其周?chē)鸟R氏體具有不同比容以及在冷卻過(guò)程中的不同收縮傾向所決定的，其作用方向與裂紋的形成擴(kuò)展方向大致垂直，并且，只有當(dāng)其數(shù)值超過(guò)材料的斷裂強(qiáng)度時(shí)，弧裂的形成與擴(kuò)展才是可能的?！ ?.3弧裂的形成擴(kuò)展方式 弧裂首先形成在幾何敏感部位的表面上，如孔洞的內(nèi)表面、凹碗面、齒牙或螺牙根部稍上的表面，并由此沿曲面先向截面內(nèi)部定向擴(kuò)展，嚴(yán)重時(shí)可穿越零件的其他截面部分，再向零件外表面延伸，直致再那里呈弧形露出。胡劣勢(shì)中形成和擴(kuò)展在屈氏體軟斑附近的馬氏體組織內(nèi)。裂紋與軟斑的距離為2mm-4mm?！ ?.4弧裂的形成原因 在快速
8、冷卻條件下淬火又不能淬透
