模具鋼材熱處理缺陷-熱處理裂紋的一般概念
熱處理是使金屬零件、工具改善力學性能、物理性能、化學性能,提高產品使用壽命和提高效能的重要的工藝方法。但是零件或工具一旦產生或形成裂紋,則產品將不得不報廢,造成很大的經濟損失。在熱處理的全過程中,如淬火加熱、冷卻、回火、冷處理、時效等工序中,如果某些因素(設計、工藝、設備、操作等)不當,則均有產生裂紋的可能性,有時在淬火回火中雖未形成裂紋,但潛在的熱處理隱患將在后工序中(如磨削、電鍍等)也會產生裂紋。因此了解熱處理裂紋形成的機理,掌握影響裂紋的諸多因素,提出防止各種熱處理裂紋的措施在生產實際中有著重大的意義。東莞市弘超模具科技有限公司致力于模具失效研究,提供模具失效解決方案一站式服務,專業銷售高品質模具鋼材(瑞典一勝百模具鋼、日本大同模具鋼、日本日立模具鋼、日本不二越高速鋼、德國葛利茲模具鋼以及國產新型模具鋼、基體鋼、無磁模具鋼、火焰淬火鋼、透氣鋼等)。
金屬零件和工具,因其毛坯狀態(鑄造態、鍛造態、冷軋態等),內部缺陷,化學成分,形狀結構,尺寸大小等因素的不同,引發熱處理裂紋的傾向不同,同時,不同的熱處理工藝方法,例如淬火,回火,冷處理等,裂紋形成的規律也不同。但是從裂紋產生和發展的觀點看,它們有著共同的特征。
需要指出的是,我們所研究的熱處理裂紋是同熱處理工藝過程相關的宏觀裂紋?,F在已經清楚,如同任何斷裂過程一樣,它包含裂紋的萌生(或原來就存在的微裂紋、非金屬夾雜物、鑄態樹枝晶、鑄鐵的石墨等)和裂紋的成長過程,不同的是由于熱處理裂紋是在內應力下產生的裂紋,裂紋發展到一定程度則引起斷裂,或者在工件的形成一定尺寸的不發展裂紋。熱處理裂紋依據裂紋擴展的程度不同又分為兩種情況。一類是裂紋尺寸達到臨界裂紋長度,裂紋將失穩擴展,成為可發展裂紋,造成宏觀的完整破壞,呈現脆性斷裂。另一類,由于萌生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,使得裂紋難以繼續擴展,裂紋存在于工件上,并未形成宏觀的斷裂。
斷裂可分為兩種類型,脆性斷裂和韌性斷裂。絕大多數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,掃描電鏡下可以看到準解理斷裂的特征。
金屬斷裂的理論研究表明:任何應力狀態都可以用切應力和正應力表示。這兩種應力對變形和斷裂起著不同的作用。只有切應力才可以引起金屬發生塑性變形,因為切應力是錯的推動力。而正應力則只影響斷裂的發展過程,因為只有拉應力才促進裂紋擴展。同時,裂紋的形成同材料的裂紋萌生抗力(斷裂開始抗力)、裂紋擴展抗力及正應力的大小有關。www.syfukang.com簡言之,裂紋形成同拉應力和材料的脆斷強度(Sk)有關。這種拉應力在熱處理時主要反應是內應力。因此在研究或分析熱處理裂紋時一定要抓住這兩方面。熱處理過程中當σ內>Sk,即,拉應力大于材料的脆斷強度時則在熱處理過程即出現裂紋(即在1區)。
當σ內≈Sk時,即拉應力與材料斷裂抗力相等時,熱處理后也立即出現裂紋。
當σ內<Sk,但內應力與Sk接近時(即在2區內),熱處理后經過一段時間,也可能出現裂紋,如果工藝措施得當(如及時回火等),也可能不出現裂紋。當σ內<<Sk,即內應力遠遠小于材料的斷裂紋抗力時,裂紋不會發生(即在3區)。
如上所述,在分析熱處理裂紋時,我們要緊緊把握內應力和脆斷強度兩個因素。凡能增大工件內應力的因素,則增大裂紋趨向;反之亦然。同時不能孤立的分析拉應力和脆斷抗力,我們必須將兩個主要因素進行綜合分析,從而提出解決防止熱處理裂紋的措施。更多信息
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