模具钢材热处理缺陷-热处理裂纹的一般概念

热处理是使金属零件、工具改善力学性能、物理性能、化学性能，提高产品使用寿命和提高效能的重要的工艺方法。但是零件或工具一旦产生或形成裂纹，则产品将不得不报废，造成很大的经济损失。在热处理的全过程中，如淬火加热、冷却、回火、冷处理、时效等工序中，如果某些因素（设计、工艺、设备、操作等）不当，则均有产生裂纹的可能性，有时在淬火回火中虽未形成裂纹，但潜在的热处理隐患将在后工序中（如磨削、电镀等）也会产生裂纹。因此了解热处理裂纹形成的机理，掌握影响裂纹的诸多因素，提出防止各种热处理裂纹的措施在生产实际中有着重大的意义。东莞市弘超模具科技有限公司致力于模具失效研究，提供模具失效解决方案一站式服务，专业销售高品质模具钢材（瑞典一胜百模具钢、日本大同模具钢、日本日立模具钢、日本不二越高速钢、德国葛利兹模具钢以及国产新型模具钢、基体钢、无磁模具钢、火焰淬火钢、透气钢等）。

金属零件和工具，因其毛坯状态（铸造态、锻造态、冷轧态等），内部缺陷，化学成分，形状结构，尺寸大小等因素的不同，引发热处理裂纹的倾向不同，同时，不同的热处理工艺方法，例如淬火，回火，冷处理等，裂纹形成的规律也不同。但是从裂纹产生和发展的观点看，它们有着共同的特征。

需要指出的是，我们所研究的热处理裂纹是同热处理工艺过程相关的宏观裂纹。现在已经清楚，如同任何断裂过程一样，它包含裂纹的萌生（或原来就存在的微裂纹、非金属夹杂物、铸态树枝晶、铸铁的石墨等）和裂纹的成长过程，不同的是由于热处理裂纹是在内应力下产生的裂纹，裂纹发展到一定程度则引起断裂，或者在工件的形成一定尺寸的不发展裂纹。热处理裂纹依据裂纹扩展的程度不同又分为两种情况。一类是裂纹尺寸达到临界裂纹长度，裂纹将失稳扩展，成为可发展裂纹，造成宏观的完整破坏，呈现脆性断裂。另一类，由于萌生裂纹尺寸一般小于临界裂纹长度，因为应力场的变化及裂纹扩展阻力的变化等复杂因素的综合影响，使得裂纹难以继续扩展，裂纹存在于工件上，并未形成宏观的断裂。

断裂可分为两种类型，脆性断裂和韧性断裂。绝大多数热处理裂纹的断口属于脆性断裂，断口具有灰亮色的金属光泽，且没有宏观塑性变形，扫描电镜下可以看到准解理断裂的特征。

金属断裂的理论研究表明：任何应力状态都可以用切应力和正应力表示。这两种应力对变形和断裂起着不同的作用。只有切应力才可以引起金属发生塑性变形，因为切应力是错的推动力。而正应力则只影响断裂的发展过程，因为只有拉应力才促进裂纹扩展。同时，裂纹的形成同材料的裂纹萌生抗力（断裂开始抗力）、裂纹扩展抗力及正应力的大小有关。www.hongchao-dg.cn简言之，裂纹形成同拉应力和材料的脆断强度（Sk）有关。这种拉应力在热处理时主要反应是内应力。因此在研究或分析热处理裂纹时一定要抓住这两方面。热处理过程中当σ内＞Sk，即，拉应力大于材料的脆断强度时则在热处理过程即出现裂纹（即在1区）。

当σ内≈Sk时，即拉应力与材料断裂抗力相等时，热处理后也立即出现裂纹。
当σ内＜Sk，但内应力与Sk接近时（即在2区内），热处理后经过一段时间，也可能出现裂纹，如果工艺措施得当（如及时回火等），也可能不出现裂纹。

当σ内＜＜Sk，即内应力远远小于材料的断裂纹抗力时，裂纹不会发生（即在3区）。
如上所述，在分析热处理裂纹时，我们要紧紧把握内应力和脆断强度两个因素。凡能增大工件内应力的因素，则增大裂纹趋向；反之亦然。同时不能孤立的分析拉应力和脆断抗力，我们必须将两个主要因素进行综合分析，从而提出解决防止热处理裂纹的措施。

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