《钢的热处理内应力、变形和裂纹》的探讨（6）

伯龙马

      
       如题
     《钢的热处理内应力、变形和裂纹》的探讨（6）

       6. 淬火裂纹的实质

     （1） 淬火裂纹的实质——在内应力作用下的脆性断裂。
根据断口形式和宏观外貌，可将断裂分为脆性断裂和韧性断裂两种。脆性断裂的主要特征：其断口呈灰亮色光泽，且没有明显的宏观塑性变形。
我们知道，在三向拉应力或复杂应力作用下，材料的软性系数接近或等于零时，使材料变得极脆，塑性变形难以进行。实际上，淬火内应力正是在变形被限制的条件下残存下来的。所以说，淬火裂纹是在塑性变形难以进行的应力状态，即脆性状态下发生的。也就是说，淬火裂纹的实质是在内应力作用下的脆性断裂。
      脆性断裂属于晶界断裂。因此，用放大镜观察可以看到宏观组织呈细粒状结构。当内应力很大时，无需任何外力就可发生脆性断裂。如果强大内应力不及时消除，在其长时间作用下也会发生脆性断裂。因此，淬火后及时回火消减内应力是十分重要的。

    （2） 影响产生淬火裂纹的两个主要方面——内应力和脆断强度
由于淬火裂纹属于脆性断裂，因此工件及其材料的抵抗断裂能力（脆断强度）成为能否产生裂纹的主要方面之一。通常以其脆断强度（S）的大小表示抵抗脆性断裂的能力，即仅在材料脆断强度小于或接近淬火内应力时，才可能产生裂纹。图4-18为形成淬火裂纹的条件示意图。从图中可以看出 ：当淬火内应力σ内＞S（即在2区内）时，淬火过程则产生裂纹。当淬火内应力σ内值近似S值（即在1区）时，淬火过程仍然出现裂纹。当σ内＜S，但接近S（即3区）时，如果淬火后长时间不回火也产生裂纹。这是因为淬火过程许多因素影响淬火的均匀性及其内应力分布的均衡性；加之，机械方法测得的内应力只是平均值。因此，在测得的内应力值稍小于其脆断强度时，也可能由于某处应力集中，或作用时间延长而致使开裂。例如，试验研究表明，淬火应力仅等于脆断强度的10%～50%条件下，有时也产生了裂纹。当σ内大大小于S，即图5-18中的3区及3区以左部分时，才能被阻止裂纹的形成。

                                  （略）
                图1-18  形成淬火裂纹的条件示意图
       决定能否产生裂纹的另一方面是内应力。确切地说是拉应力的大小及其作用时间长短决定能否产生裂纹。
实践表明，在材料的脆断强度一定时，只有内应力值大大小于脆断强度，且应力集中不严重情况下，才能避免裂纹。
另外，从材料力学分析可知，应力作用的时间长短对材料的脆断强度有重要影响，即应力作用的时间愈长，则材料的脆断强度降低得愈多。因此，在具有一定力学性能的条件下，是否形成裂纹主要取决于淬火后的内应力大小和分布是否集中以及作用时间长短。由此不难看出，内应力是形成裂纹的另一主要方面。
       特别值得指出，由于原材料内部组织缺陷的客观存在和组织转变过程的复杂性等原因，无论任何工件，淬火后的内应力集中是不可避免的。因此，只有淬火内应力在不超过有一定缺陷材料的实际强度时，才能使得淬火成功。