區(qū)分鍛造裂紋、熱處理裂紋、原材料裂紋的方法

裂紋的種類紛繁多樣：原材料裂紋、熱處理裂紋、鍛造裂紋等，讓人頭暈眼花。如何識別它們便是一門很重要的課程，這樣便于準(zhǔn)確查找裂紋發(fā)生在哪一工序，有利于分析裂紋產(chǎn)生的原因。

首先，需對“原材料裂紋”和“鍛造裂紋”先確定概念，對鍛造后出現(xiàn)的裂紋，都應(yīng)理解為“鍛造裂紋”，只不過，導(dǎo)致鍛造裂紋產(chǎn)生的主要因素可以再分成：

1、原材料缺陷所致的鍛造裂紋；

2、鍛造工藝不當(dāng)所致的鍛造裂紋。

從裂紋宏觀形態(tài)先進(jìn)行大致區(qū)分，橫向一般與母材無關(guān)，縱向裂紋需要結(jié)合裂紋形態(tài)與鍛打工藝等結(jié)合分析。

裂紋兩側(cè)有脫碳，肯定是鍛造過程中產(chǎn)生的，至于是原材料還是鍛造工藝造成的，這就需要根據(jù)金相和工藝過程去分析。

對同一批次同種型號的工件，鍛造裂紋基本都在一個(gè)位置，在顯微鏡下延伸比較淺，兩邊有脫碳。而材料裂紋不一定在同一位置重復(fù)出現(xiàn)，顯微鏡下深淺不一。多看多分析，還是有一定規(guī)律的。

材料裂紋多半是與材料縱向一致的。而鍛打裂紋有兩種，一種是過熱過燒造成的，裂紋附近有氧化脫碳現(xiàn)象。還有一種是打冷鐵也會造成發(fā)裂，這一種有晶格破壞撕裂的現(xiàn)象。從金相上可以區(qū)別開來。

鍛造的目的：

1、成形要求；

2、改善材料內(nèi)部組織，細(xì)化晶粒，均勻元素成分與組織；

3、使材料更致密（鍛合材料內(nèi)部原有未暴露空氣的縮孔或疏松等等），流線分布更合理；

4、通過合理的鍛后熱處理方式，為下道工序服務(wù)。

因此，鍛造鍛合原材料內(nèi)部一定的缺陷是職責(zé)所在。大型鑄鍛件往往是直接由鋼錠鍛壓開始的，鋼錠內(nèi)部必然存在大量的冶鑄缺陷，顯然，合理的鍛造，都可以將其中的所謂“缺陷”鍛合。所以，鍛造工藝的合理性是決定鍛件是否會開裂的主要原因。

當(dāng)然，相對某一穩(wěn)定的鍛造工藝，如果事前對鍛造前原材料提出明確的原材料缺陷等級控制要求的，當(dāng)因原材料缺陷等級超出要求并在原鍛造工藝下鍛造出現(xiàn)的開裂現(xiàn)象，我們可以認(rèn)作“原材料缺陷所致的鍛造裂紋”。

裂紋問題具體問題具體分析，結(jié)合工藝過程分析，包括加熱過程有沒有保護(hù)氣氛都應(yīng)該考慮，鍛造應(yīng)該是把原材料裂紋鍛打密合才對。氧化皮通常致密是灰色的，制樣過程造成的臟東西很疏松的顏色偏黑，高倍下一看就知道，實(shí)在無法分辨直接打能譜一定能分辨。

鍛造裂紋

鍛造裂紋一般在高溫時(shí)形成，鍛造變形時(shí)由于裂紋擴(kuò)大并接觸空氣，故在100X或500X的顯微鏡下觀察，可見到裂紋內(nèi)充有氧化皮，且兩側(cè)是脫碳的，組織為鐵素體，其形態(tài)特征是裂紋比較粗壯且一般經(jīng)多條形式存在，無明細(xì)尖端，比較圓純，無明細(xì)的方向性，除以上典型形態(tài)外，有時(shí)會出現(xiàn)有些鍛造裂紋比較細(xì)。裂紋周圍不是全脫碳而是半脫碳。典型的鍛造裂紋示例：邊緣較多氧化物。

熱處理裂紋

淬火加熱過程中產(chǎn)生的裂紋與鍛造加熱過程形成的裂紋在性質(zhì)和形態(tài)上有明顯的差別。對結(jié)構(gòu)鋼而言，熱處理溫度一般較鍛造溫度要低得多，即使是高速鋼、高合金鋼其加熱保溫時(shí)間則遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鍛造溫度。由于熱處理加熱溫度偏高，保溫時(shí)間過長或快速加熱，均會在加熱過程中產(chǎn)生早期開裂。產(chǎn)生沿著較粗大晶粒邊界分布的裂紋；裂紋兩側(cè)略有脫碳組織，零件加熱速度過快，也會產(chǎn)生早期開裂，這種裂紋兩側(cè)無明顯脫碳，但裂紋內(nèi)及其尾部充有氧化皮。有時(shí)因高溫儀器失靈，溫度非常高，致使零件的組織極粗大，其裂紋沿粗大晶粒邊界分布。典型的淬火裂紋示例：500X下，呈鋸齒狀，起始端裂紋寬，結(jié)束斷裂紋細(xì)小至無，裂紋處未發(fā)現(xiàn)異常冶金夾雜，沒有脫碳現(xiàn)象，裂紋呈鋸齒狀延伸，具有淬火裂紋的典型特征。

鍛造裂紋與熱處理裂紋產(chǎn)生原因

1、鍛造裂紋產(chǎn)生原因：鋼在鍛造過程中，由于鋼材存在表面及內(nèi)部缺陷，如發(fā)紋、砂眼、裂紋、夾雜物、皮下氣泡、縮孔、白點(diǎn)和夾層等，都可能成為鍛打開裂的原因。另外，由于鍛打工藝不良或操作不當(dāng)，如過熱、過燒或終鍛溫度太低，鍛后冷卻速度過快等，也會造成鍛件開裂。 2、熱處理裂紋產(chǎn)生原因：淬火裂紋是宏觀裂紋，主要由宏觀應(yīng)力引起。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，鋼制工件常由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，鋼材選擇不當(dāng)、淬火溫度控制不正確、淬火冷速不合適等因素，一方面增大淬火內(nèi)應(yīng)力，會使已形成的淬火顯微裂紋擴(kuò)展，形成宏觀的淬火裂紋，另一方面，由于增大了顯微裂紋的敏感度，增加了顯微裂紋的數(shù)量，降低了鋼材的脆斷抗力Sk,從而增大淬火裂紋的形成可能性。

影響淬裂的因素

影響淬裂的因素很多，這里僅將生產(chǎn)中常碰到的幾種情況作一介紹。 1、原材料已有缺陷而導(dǎo)致的淬裂：如果原材料表面和內(nèi)部有裂紋或夾雜物等缺陷，在淬火之前未發(fā)現(xiàn)，有可能形成淬火裂紋； 2、夾雜物導(dǎo)致的開裂：如果零件內(nèi)部夾雜物嚴(yán)重，或本身因夾雜物嚴(yán)重已經(jīng)隱藏有裂紋，淬火時(shí)將有可能產(chǎn)生裂紋； 3、因原始組織不良而導(dǎo)致的淬裂； 4、淬火溫度不當(dāng)造成的淬裂：淬火溫度不當(dāng)引起零件淬裂，一般有兩種情況： （1）儀表指示溫度低于爐子的實(shí)際溫度，使淬火溫度偏高，造成淬火過熱，導(dǎo)致工件發(fā)生開裂。凡是過熱淬火開裂的金相組織均存在晶粒粗大和粗大的馬氏體。 （2）鋼件實(shí)際含碳量高于鋼材牌號所規(guī)定的含量，若按原牌號的正常淬火工藝淬火時(shí)，等于提高了鋼的淬火溫度，容易造成零件過熱和晶粒長大，使淬火時(shí)應(yīng)力增大而引起淬裂。 5、淬火冷卻不當(dāng)造成的淬裂：淬火時(shí)由于冷卻不當(dāng)，也會使零件產(chǎn)生淬裂事故。 6、機(jī)加工缺陷導(dǎo)致的淬裂：由于機(jī)加工不良，在零件表面留下了粗而深的刀痕，盡管是很簡單的零件或不是應(yīng)力集中的地方，也會在淬火時(shí)造成開裂，或在服役過程中發(fā)生早期損壞。 7、零件外形對淬火裂紋的影響：零件幾何形狀不合理，或截面過度區(qū)厚薄相差較大，在淬火時(shí)均易因應(yīng)力集中產(chǎn)生裂紋。 8、不及時(shí)回火導(dǎo)致的開裂：淬火后不及時(shí)回火，將可能因淬火殘余應(yīng)力過大而導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生。

裂紋的分辨方法

如何區(qū)分究竟是淬火裂紋、回火裂紋、鍛造裂紋還是磨削裂紋等是很重要的，這樣便于準(zhǔn)確查找裂紋發(fā)生在哪一工序，有利于分析裂紋產(chǎn)生的原因。 第一，注意淬火裂紋和磨削裂紋形態(tài)的不同。對于淬火時(shí)未發(fā)現(xiàn)而在磨削后才發(fā)現(xiàn)的裂紋，要區(qū)別是淬火裂紋還是磨削裂紋。在裂紋未附著污染物時(shí)比較容易，此時(shí)注意裂紋的形態(tài)，特別是裂紋發(fā)展的方向，磨削裂紋是垂直于磨削方向的，呈平行線形態(tài)，或呈龜甲狀裂紋。磨削裂紋的深度根淺，而淬火裂紋一般都比較深 比較大，與磨削方同無關(guān)，多呈直線刀割狀開裂。 第二，注意裂紋發(fā)生的部位。尖銳的凹凸轉(zhuǎn)角處、孔的邊緣處、刻印處、打鋼印處及機(jī)械加工造成的表面缺陷等部位，在這些部位發(fā)生的裂紋多屬淬火裂紋。 第三，通過觀察零件的裂斷面來區(qū)分是淬火裂紋還是淬火前的鍛造裂紋或其他情況造成的裂紋。若裂紋斷面呈白色或暗白色或淺紅色(水淬時(shí)造成的水銹)，均可斷定為淬火裂紋，若裂紋斷面呈深褐色，甚至有氧皮出現(xiàn)，那就不是淬火裂紋，系淬火前就存在的裂紋，是零件經(jīng)過鍛造或壓延時(shí)形成的裂紋，這些裂紋都會因淬火而被擴(kuò)大。因淬火裂紋基本上是在MS點(diǎn)以下時(shí)形成的，其斷面是不會被氧化的。 第四，在顯微組織中，淬火裂紋是沿晶界斷裂，若不是沿晶界斷裂，而是沿晶內(nèi)斷裂，則屬于疲勞裂紋。 第五，如果裂紋周圍有脫碳層存在，那就不是淬火裂紋，而是淬火前就存在的裂紋，因?yàn)榇慊鹆鸭y是淬火冷卻時(shí)產(chǎn)生的，絕不會發(fā)生脫碳現(xiàn)象。

審核編輯 ：李倩