淬火裂紋是鋼鐵件在淬火冷卻時(shí)，熱應(yīng)力和組織應(yīng)力疊加后超過零件在該溫度下的抗斷裂強(qiáng)度時(shí)產(chǎn)生的裂紋。淬火裂紋形成的原因如下：

1.原材料存在缺陷導(dǎo)致淬火時(shí)形成裂紋

化學(xué)成分偏析，特別是碳元素偏析或合金元素偏析，使同一零件在不同部位含碳量不一致。淬火時(shí)低碳部位的Ms點(diǎn)高，會(huì)先轉(zhuǎn)變成馬氏體，而高碳部位的Ms點(diǎn)低，會(huì)后轉(zhuǎn)變成馬氏涔。由于馬氏體轉(zhuǎn)變的不同時(shí)性，會(huì)產(chǎn)生較大的組織應(yīng)力差，又由于高碳馬氏體和低碳馬氏體的比體積不一致，進(jìn)而增加了內(nèi)應(yīng)力，致使淬火開裂。高碳鋼和高合金鋼的含碳量偏析又多體現(xiàn)在碳化物偏析上。由于較多的二次碳化物和共晶碳化物偏析，使在進(jìn)行壓力加工時(shí)，不能徹底擊碎，或呈網(wǎng)狀分布，或呈帶狀分布，使鋼產(chǎn)生很大脆性。淬火時(shí)，在零件內(nèi)部引起不均勻內(nèi)應(yīng)力，引起淬火裂紋。這些裂紋多集中在碳化物偏析的地方。

鋼中合金元素出現(xiàn)偏析時(shí)，元素多的部位導(dǎo)熱性低，增大相變不同時(shí)性，使同一零件的淬透性不一致，使熱處理應(yīng)力大大增加，使淬火開裂的可能性增加。對(duì)于內(nèi)燃機(jī)排氣閥用4Cr9Si2, 4Cr14Ni14W2Mo，SCr21Mn9Ni4N高合金鋼制造，在壓力加工時(shí)，由于線桿向伐碟過渡區(qū)變形小，這部分的碳化物難以擊碎，往往會(huì)形成碳化物偏析或網(wǎng)狀碳化物，故該處在固溶淬火時(shí)，常常會(huì)形成淬火裂紋。

鋼的純潔度不高，非金屬夾雜物多、實(shí)質(zhì)上已將鋼的基體割裂，已形成缺口效應(yīng)，促使淬火裂紋的形成。對(duì)于大件的心部，由于原先的冶煉、鍛造工藝正確，則產(chǎn)生白點(diǎn)。實(shí)質(zhì)上白點(diǎn)就是細(xì)小裂紋，淬火時(shí)白點(diǎn)成了裂紋源。在大件中形成延遲開裂并發(fā)出巨響，大鍛模塊中也有此種現(xiàn)象發(fā)生。通常認(rèn)為形成白點(diǎn)的原因是由于工件心部含氫量過高而不能及時(shí)排出所致。

如果原材料中已存在小裂紋、縮孔、氣孔疏松、砂眼等缺陷，那么這些缺陷是淬火裂紋的直接根源。

2.原始組織的影響

在結(jié)構(gòu)鋼中，鑄造狀態(tài)、鍛造狀態(tài)、焊接狀態(tài)、熱軋狀態(tài)、冷軋狀態(tài)的工件進(jìn)行預(yù)備熱處理或預(yù)備熱處理不當(dāng)時(shí)，由于存在粗大的奧氏體晶粒或嚴(yán)重的魏氏組織在淬火時(shí)被遺留，使得淬火馬氏體針粗大，脆性增加，若粗大組織分布不均勻，使內(nèi)應(yīng)力增大，這些都會(huì)導(dǎo)致淬火裂紋的產(chǎn)生。

原始組織為片狀珠光體與球狀珠光體相比。片狀珠光體在加熱溫度偏高時(shí)易引起奧氏體晶粒粗大、易過熱，即易形成淬火裂紋。這是由于片狀珠光體的相界面較大、滲碳體較薄、易于溶解，加熱時(shí)奧氏體容易形成。所以在相同的加熱溫度和保溫時(shí)間條件下，原始組織為片狀珠光體的零件易過熱并變形成淬火裂紋。

重復(fù)淬火時(shí)，原始組織的馬氏體在重新加熱淬火形成奧氏體時(shí)，存在不阻礙奧氏體晶粒最大化的碳化物，會(huì)形成粗大奧氏體，淬火時(shí)會(huì)形成裂紋。故在重復(fù)淬火時(shí)，一定要經(jīng)過中間退火或正火。

3.零件形狀尺寸的影響

零件的尖角、棱角、孔洞、凹槽等幾何形狀因素使工件各處冷速不一，組織轉(zhuǎn)變不同時(shí)，局部冷速急劇，增大了淬火殘留應(yīng)力，從而增大了開裂的可能性。零件截面尺寸不均勻性增加，淬裂傾向也大，零件較薄部位淬火時(shí)馬氏體先轉(zhuǎn)變。較厚部位馬氏體發(fā)生轉(zhuǎn)變時(shí)，體積膨脹，使較薄部位承受斷裂應(yīng)力，在厚薄交界處產(chǎn)生應(yīng)力集中，常在此形成淬火裂紋。

截面尺寸很小的工件，里外同時(shí)淬硬時(shí)不易淬裂。截面尺寸特大的零件，心部淬不透，表層也得不到全部馬氏體或有貝氏體或索氏體時(shí)，內(nèi)應(yīng)力主要是熱應(yīng)力而不是組織應(yīng)力，一般不易出現(xiàn)淬火裂紋。45鋼淬裂的危險(xiǎn)直徑在Φ4~Φ7mm左右。

4.加熱和冷卻因素的影響

凡是增加淬火斷裂應(yīng)力的因素都會(huì)促使淬火裂紋的形成。淬火溫度越高，奧氏體的晶粒越粗大，使鋼的抗力降低，而冷卻時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力就大，所以，過熱必將容易引起淬火裂紋。若淬火溫度過低，淬火后組織中有薄的網(wǎng)狀鐵素體時(shí)，盡管鐵素體組織有較高的塑性，但因強(qiáng)度較低會(huì)沿鐵素體網(wǎng)形成脆性斷裂。同樣淬火后鐵素體越多，不均勻組織的抗力越低，淬火軟點(diǎn)越會(huì)形成裂紋。對(duì)一般零件，通過提高淬火加熱溫度來增加殘留奧氏體量進(jìn)而達(dá)到降低淬裂傾向的辦法是不顯著的。因?yàn)榇慊饻囟雀邥r(shí)，奧氏體過飽和度增加，淬火后馬氏體含碳量增高，晶格畸變應(yīng)力增大，會(huì)促使開裂。

加熱速度也是一個(gè)重要因素。對(duì)于大件，導(dǎo)熱系數(shù)小的高合金鋼和鑄鐵，都必須預(yù)熱一次或二次，也可階梯升溫到淬火溫度。否則升溫太快，會(huì)增大應(yīng)力。保溫時(shí)間不充分，未完全奧氏體化，這些都會(huì)形成淬火裂紋。

鋼件冷卻到Ms點(diǎn)以下發(fā)生相變時(shí)，若冷卻速度不一致會(huì)形成熱應(yīng)力，相變不同時(shí)，會(huì)產(chǎn)生組織應(yīng)力，相變結(jié)果是奧氏體轉(zhuǎn)變成具有高硬度、低塑性的馬氏體。在該溫度區(qū)間內(nèi)的冷卻過程，最易引起淬火裂紋。

在馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)內(nèi)緩冷，可以獲得含碳濃度較低的馬氏體，降低馬氏體組織應(yīng)力，同時(shí)還可降低鋼件表面和中心的溫度差，即降低鋼的淬火應(yīng)力。在馬氏體相變區(qū)內(nèi)緩冷，能夠提高冷卻后鋼的強(qiáng)度和破斷抗力。

5.心部硬度對(duì)淬火裂紋的影響

T10鋼和低合金工具鋼制試樣，淬火后的中心硬度在36~45HRC時(shí)，內(nèi)部形成弧形裂紋。當(dāng)中心硬度高于46HRC或低于35HRC時(shí)，不形成裂紋。當(dāng)中心硬度和表面硬度接近時(shí)，易形成縱向裂紋。