金属热处理缺陷分析及案例

金属材料热处理变形及开裂问题分析发布时间：2023-02-24T02:10:27.705Z 来源：《中国建设信息化》2022年第10月第19期作者：刘海顺[导读] 随着工业生产的进步，金属材料的应用范围不断扩大。

刘海顺日照钢铁控股集团有限公司山东省日照市 276800摘要：随着工业生产的进步，金属材料的应用范围不断扩大。

目前市面上大部分金属材料所使用的工艺都是热处理工艺，可以说哪里有金属材料的使用哪里就有热处理工艺的存在，无论是在工业生产中还是在日常生活中，各种金属材料的制造以及应用都有着热处理工艺的存在。

而这正是由于热处理工艺有着众多的优势，不仅可以保证金属材料的各种化学性质，也能够使其优良品质得到增强，使金属材料制造的产品变得更加耐用，保证其使用寿命。

而且热处理工艺，可以使用在各种金属材料的处理当中，无论是对金属材料进行塑形，亦或是将各种金属进行混合，或者是镀层，都可以使用热处理工艺来实现。

关键词：金属材料；热处理；变形；开裂问题引言金属材料因其具有较高的比强度、较好的加工性能以及耐腐蚀性等，成为航空航天领域中一种极为重要的结构型金属材料。

为进一步拓展金属材料的应用领域，满足现代化工业生产制造对金属材料性能的高要求，材料工作者主要利用热处理工艺对金属材料微观组织结构进行一定的控制优化，从而充分发挥其性能潜力。

1 金属材料热处理工艺的优点机械设备制造行业作为推动我国经济稳定发展的关键部分，鉴于当前激烈市场竞争环境下，企业要想能够尽快实现可持续发展目标，不仅需要合理使用金属材料，而且也应该做好其热处理工作，通过多样化淬炼作用，减少金属材料内部杂质含量的基础上，也能够细化其内部颗粒，保证金属材料内部应力全部消除，一方面致力于材料性能的提升，另一方面也能满足企业多样化使用标准。

与此同时，通过热处理工作的进行，也能够保证金属材料达到塑性效果，整合热应力与重力势能等条件，调整金属材料内部原子结构特点，支撑企业快速塑性工作的完成。

热处理常见缺陷分析与对策时 间：2020.10.28 学习人：吴俊 部 门：试验检测中心基本知识点：1、热处理缺陷直接影响产品质量、使用性能和安全。

2、热处理缺陷中最危险的是：裂纹。

有：淬火裂纹、延迟裂纹、冷处理裂纹、回火裂纹、时效裂纹、磨削裂纹和电镀裂纹。

其中生产中最常见的裂纹是纵火裂纹。

3、热处理缺陷中最常见的是：热处理变形，它有尺寸变化和形状畸变。

4、淬火获得马氏体组织，以保证硬度和耐磨性。

淬火后应进行回火，以消除残余应力，如W6Mo5Cr4V2应进行一次回火。

5、亚共析钢淬火加热温度： +（30-50）度。

6、高速钢应采用调质处理即淬火+高温回火。

7、回火工艺若控制不当则会产生回火裂纹。

8、热处理过热组织可通过多次正火或退火消除，严重过热组织则应采用高温变形和退火联合作用才能消除。

9、渗氮零件基本组织为回火索氏体。

其原始组织中若有大块F 或表面严重脱碳，则易出现针状组织。

10、有色金属最有效的强化手段是固溶处理和固溶处理+时效处理。

11、疲劳破坏有疲劳源区、裂纹疲劳扩展和瞬时断裂三个阶段。

12、高速钢的热组织为：共晶莱氏体，也有可能晶界会熔化。

13、应力腐蚀开裂的必要条件之一是：存在拉应力。

14、65Mn 钢第二类回火脆性温度区间为250-380。

钼能有效抑制第二类回火脆性。

15、热处理时发生的组织变化中，体积比容变化最大的是马氏体。

16、防止淬裂的工艺措施：等温淬火、分级淬火、水-油淬火和水-空气双液淬火。

17、高温合金热处理产生的特殊热处理缺陷有：晶间氧化、表面成分变化、腐蚀点、晶粒粗大及混合晶粒等。

18、感应加热淬火缺陷有：表层硬度低、硬化层深度不合格、变形大、残留应力大、尖角过热及软点与软带。

19、弹簧钢的组织状态一般为：T+M 。

20、氢脆条件：氢的存在、三项应力和对氢敏感的组织。

21、断裂有脆性断裂和韧性断裂。

绝大多数热处理裂纹属脆性断裂。

22、高碳钢淬火前应进行球化退火。

23、时效变形的主要影响因素有：化学成分、回火温度和时效温度。

案例一：材料的性能并不单纯取决于材料的种类和成分，通过热处理改变材料内部的组织，将大幅度改变材料的性能。

这不，今天我参与了整个淬火的工艺操作，将直径是ϕ100的40Cr钢加工的销轴装炉加热，加热到850℃±10℃，保温180～200分钟，然后出炉。

先放在空气中冷却大约2～3分钟，眼见工件开始由红变黑，然后迅速放入二硝水溶液中快速冷却，直到冷却均匀为止。

改变了以前水淬油冷的方式，这样才能满足工件经过淬火回火后具有高的弹性极限、屈服点、和适当的韧性及抗疲劳能力，特别是硬度要求达到42～47HRC。

案例分析：1、为了提高硬度采取的方法，主要形式是通过加热、保温、冷却。

而冷却起着决定性的作用；2、淬火最理想的冷却曲线应该是：3、最常用的淬火冷却介质是水和油、盐水。

工人师傅没有按照教材中所述用水和油作淬火介质，虽然水是应用最为广泛的淬火介质，它不仅廉价易得，而且具有较强的冷却能力。

但它的冷却特性并不理想。

在需要快冷的650～500℃范围内，它的冷却速度较小；而在Ms点附近要慢冷时，它的冷速又太快，易使零件产生变形，甚至开裂。

因此只能用做尺寸较小、形状简单的碳钢零件的淬火介质。

油只适用于过冷奥氏体的稳定性比较大的一些合金钢或小尺寸的碳钢工件的淬火。

对于40Cr制造的销轴水淬，硬度达不到要求。

4、而工厂用自己配制的盐水（亚硝酸钠、硝酸钠和水按2：3：5的比例配成的二硝水溶液）淬火，容易得到高的硬度和光洁的表面，不容易产生淬不硬的软点，但快冷势必要造成很大的内应力，易使工件变形严重，甚至发生开裂。

为了防止工件开裂，工人师傅采取了慢—快—慢的冷却方式，就是案例中的空气—盐水—水。

这是根据上图中钢的理想淬火冷却曲线自我设计的方案。

只能说此法比以前改进了很多，能够满足该钢的使用要求。

5、存在的问题是：（1）操作中时间的严格控制是很难做到的，只是凭经验；（2）盐水的使用也只是处于摸索和经验阶段，在实际中，直到目前为止，还没有找到一种淬火冷却介质能符合这一理想淬火冷却速度。

铸造铝合金热处理质量缺陷及其消除与预防铝合金铸件热处理后常见的质量问题有：力学性能不合格、变形、裂纹、过烧等缺陷，对其产生原因和消除与预防方法分述如下。

〔1〕力学性能不合格通常表现为退火状态伸长率〔6 5〕偏低，淬火或时效处理后强度和伸长率不合格。

其形成的原因有多种：如退火温度偏低、保温时间缺乏，或冷却速度太快;淬火温度偏低、保温时间不够，或冷却速度太慢〔淬火介质温度过高〕；不完全人工时效和完全人工时效温度偏高，或保温时间偏长；合金的化学成分出现偏差等。

消除这种缺陷，可采取以下方法：再次退火，提高加热温度或延长保温时间;提高淬火温度或延长保温时间，降低淬火介质温度；如再次淬火，则要调整其后的时效温度和时间；如成分出现偏差，则要根据具体的偏差元素、偏差量，改变或调整重复热处理的工艺参数等。

〔2〕变形与翘曲通常在热处理后或随后的机械加工过程中，反映出铸件尺寸、形状的变化。

产生这种缺陷的原因是：加热升温速度或淬火冷却速度太快〔太剧烈〕；淬火温度太高；铸件的设计构造不合理〔如两连接壁的壁厚相差太大，框形构造中加强筋太薄或太细小〕；淬火时工件下水方向不当及装料方法不当等。

消除与预防的方法是：降低升温速度，提高淬火介质温度，或换成冷却速度稍慢的淬火介质，以防止合金产生剩余应力；在厚壁或薄壁部位涂敷涂料或用石棉纤维等隔热材料包覆薄壁部位；根据铸件构造、形状选择合理的下水方向或采用专用防变形的夹具；变形量不大的部位，则可在淬火后立即予以矫正。

〔3〕裂纹表现为淬火后的铸件外表用肉眼可以看到明显的裂纹，或通过荧光检查肉眼看不见的微细裂纹。

裂纹多曲折不直并呈暗灰色。

产生裂纹的原因是：加热速度太快，淬火时冷却太快〔淬火温度过高或淬火介质温度过低，或淬火介质冷却速度太快〕；铸件构造设计不合理〔两连接壁壁厚差太大，框形件中间的加强筋太薄或太细小〕；装炉方法不当或下水方向不对;炉温不均匀，使铸件温度不均匀等。

消除与预防的方法是：减慢升温速度或采取等温淬火工艺；提高淬火介质温度或换成冷却速度慢的淬火介质；在壁厚或薄壁部位涂敷涂料或在薄壁部位包覆石棉等隔热材料；采用专用防开裂的淬火夹具，并选择正确的下水方向。

GCr15轴承钢球的热处理工艺及缺陷分析摘要：本论文重点对GCr15轴承钢球热处理工艺的设计进行了讨论，同时对热处理后其可能存在的热处理工艺缺陷进行了分析。

钢球在不同热处理工艺下虽然都能达到其使用要求，但所需的成本却大不相同，因此在满足其使用要求的同时也应该注意生产成本。

热处理常常因操作、原材料等产生缺陷，但只要有正确的热处理工艺并严格按工艺进行加工热处理缺陷也是可以避免的，即使产生了缺陷也可以采取相应的措施及时修复缺陷。

关键词：GCr15 轴承钢球热处理设计热处理工艺热处理缺陷引言滚动轴承是机械工业十分重要的基础标准件之一;滚动轴承依靠元件间的滚动接触来承受载荷，与滑动轴承相比:滚动轴承具有摩擦阻力小、效率高、起动容易、安装与维护简便等优点。

缺点是耐冲击性能较差、高速重载时寿命低、噪声和振动较大。

图 1 轴承及钢球实物图滚动轴承的基本结构（图 1）：内圈、外圈、滚动体和保持架等四部分组成。

常用的滚动体有球、圆柱滚子、滚针、圆锥滚子。

轴承的内、外圈和滚动体，一般是用轴承钢（如GCr15、GCr15SiMn）制造，热处理后硬度应达到61～65HRC。

当滚动体是圆柱或滚针时，有时为了减小轴承的径向尺寸，可省去内圈、外圈或保持架，这时的轴颈或轴承座要起到内圈或外圈的作用。

为满足使用中的某些需要，有些轴承附加有特殊结构或元件，如外圈带止动环、附加防尘盖等。

滚动轴承钢球的工作条件极为复杂，承受着各类高的交变应力。

在每一瞬间，只有位于轴承水平面直径以下的那几个钢球在承受载荷，而且作用在这些钢球的载荷分布也不均匀。

力的变化由零增加到最大，再由最大减小到零，周而往复得增大和减小。

在运转过程中，钢球除受到外加载荷外，还受到由于离心力所引起的载荷，这个载荷随轴承转速的提高而增加。

滚动体与套圈及保持架之间还有相对滑动，产生相对摩擦。

滚动体和套圈的工作面还受到含有水分或杂质的润滑油的化学侵蚀。

在某些情况下，轴承零件还承受着高温低温和高腐蚀介质的影响。

3. 操作与技能 a. 操 作
左手拿零件，右手拿锉刀，把工件贴置在工作台棱 边上，用一定的压力在工件上来回锉动，锉刀要放平 稳，用力要均匀。根据锉痕深浅和手感确定硬度高低。
b. 定 值 当工件的硬度范围未知时，先用一把60HRC标准锉
刀试锉，工件若能被锉动，再换一把55HRC的标准锉 刀接着试锉；若工件未能被锉动，锉刀在工件上打滑， 这时可用一把58HRC的标准锉刀试锉。锉刀稍微锉动 划出道痕，这表明工件硬度就是58HRC。
c. 脱碳 50钢零件
加热时，传 热介质中的 氧气等氧化 性气体与的 碳元素发生 化学反应， 使表层含碳 量降低的现
象。
氧化为零件加热时介质中的氧、二氧化碳和
水蒸气等与铁反应，生成氧化物的过程
在30CrNi3A零件上 电火花线切割制备 人造裂口：经520℃ 回火后，线切割表层 形成了0.01mm厚的 氧化层，无脱C现象
2. 金相试样的截取
钢铁零件微观金相检测的取样和制备方法，根据 GB/T13298--1991《金属显微组织检验方法》规定执行。 根据实践经验，金相试样合适的规格是：长和宽尺寸为 12～15mm，高15 ～ 20mm。
取样部位要考虑钢的各向异性的特性。即材料在不
同的方向上组织结构不尽相同。与变形方向平行的面， 称为纵向；与变形方向垂直的面，称为横向。所以不同 的截面取样获得的检测结果有所不同。根据标准规定， 脱碳、渗碳、氮化和有效硬化层深度等显微长度测量项 目，以及球化退火、正火、淬火、调质和晶粒度等试验 项目应按横向取样；带状偏析组织、非金属夹杂物等项 目应按纵向取样。
3. 金相检验方法
a. 金相试样制备—包括取样、制作（磨光、抛光、 腐蚀），在仪器上观察。 b.金相仪器设备—广义的金相试验包括低倍酸蚀试 验（铝合金为碱蚀），其低倍形态和缺陷采用肉眼、 放大镜和体视镜观察和评级；金相试验通常指显微 观察，指在放大倍率≥100×的显微镜下评判，必要 时还得借助电子显微镜观察分析的结果。 C.金相检验标准—主要包括试验方法标准和特定零 件检验等标准。如非金属夹杂物评级标准、金属平 均晶粒度测定方法和钢件渗碳淬火回火金相检验等 标准。

<<金属热处理缺陷分析及案例>>试题一、填空题1、热处理缺陷产生的原因是多方面的，概括起来可分为热处理前、热处理中、热处理后三个方面的原因。

2、热处理缺陷分析方法有：断口分析、化学分析、金相检验、力学性能试验、验证试验、综合分析。

3、断裂可分为两种类型：脆性断裂和韧性断裂。

4、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，而正应力只影响断裂的发展过程。

5、热处理变形常用的校正方法可分为机械校正法和热处理校正法。

6、热应力是指由表层与心部的温度差引起的胀缩不均匀而产生的内应力。

7、工程上常用的表面淬火方法主要有高频感应加热淬火和火焰淬火两种。

8、热处理中质量控制的关键是控制加热质量和冷却质量。

9、过热组织晶粒粗大的主要特征是奥氏体晶粒度在3级以下。

10、真空热处理常见缺陷有表面合金元素贫化、表面不光亮和氧化色、表面增碳或增氮、粘连、淬火硬度不足、表面晶粒长大。

11、低温回火温度范围是（150－250）℃，中温回火温度范围是（350－500）℃，高温回火温度范围是（500－6 50）℃。

12、工件的形状愈不对称，或冷却的不均匀性愈大，淬火后的变形也愈明显。

13、马氏体片越长，撞击能量越高，显微裂纹密度会越大，撞击应力会越大，显微裂纹的数目和长度也会增加。

14、合金元素通过对淬透性的影响，从而影响到淬裂倾向，一般来说，淬透性增加，淬裂性会增加。

合金元素对M S的影响较大，一般来说，M S越低的钢，淬裂倾向越大。

15、一般来说，形状简单的工件，可采用上限加热温度，形状复杂、易淬裂的工件，则应采用下限加热温度。

16、对于低碳钢制工件，若正常加热温度淬火后内孔收缩，为了减小收缩，要降低淬火加热温度；对于中碳合金钢制的工件，若正常加热温度淬火后内孔胀大，为了减小孔腔的胀大，需降低淬火加热温度。

▪ D、淬火方法合适：
▪ 应选择增加热应力、减少相变应力 的淬火方式。
▪ （1）、预冷淬火（降温淬火或延迟淬 火）。
▪ （2）、多介质淬火：
▪
①、双介质淬火：先强冷后弱冷，
如水－油、水－空、盐水－油、油－空
气、碱－空气。
▪ ②、三介质淬火：适用于形状复杂、 变形要求严格的零件如碳素钢零件。
▪ （3）、分级淬火：快冷至Ms点上保温 后空冷。如截面大、易变形开裂的高 碳、高速钢等，应采用2次或3次的逐 级分级淬火。
▪ A、正确设计产品。 ▪ （1）、技术性和经济性。 ▪ （2）、结构设计：
①、截面尺寸均匀； ▪ ②、圆角过渡； ▪ ③、形状：球形冷却快于板料。 ▪ （3）、热处理条件
B、合理安排工艺路线
▪ （1）、形状复杂精度高的零件，粗精加 工之间的淬火前应安排去应力退火。
▪ （2）、大截面零件（直径或厚度＞50） 的高碳钢：淬火前正火。小截面高碳钢 件淬火前应球化退火。
二、过热与过烧：
▪ （一）、区别: ▪ 过热：温度高导致晶粒粗大，性能降低。 ▪ 过烧：温度高导致晶界氧化并部分熔化。 ▪ （二）、过热： ▪ 特点是晶粒粗大、淬火马氏体粗大、有
魏氏组织、网状碳化物、石墨化共晶组 织等。预防措施如表5－9所示。
（三）、过烧：
▪ 过烧使零件性能严重恶化，易产生 热处理裂纹，因而过烧是不允许的热处 理缺陷。
金属热处理缺陷 分析及案例
授课内容：
▪ 第一部分： ▪ 常见热处理缺陷的特征、产生原因、
危害性和预防措施。 ▪ 第二部分： ▪ 热处理质量全面控制体系。 ▪ 第三部分： ▪ 典型热处理缺陷案例分析。 ▪ 第四部分： ▪ 总结复习
▪第一部分
▪热处理缺陷特征、原因 及防止措施

面缺陷
面缺陷
面缺陷
晶带和晶带轴
平行于或者相交于同一直线的 一组晶面组成一个晶带，而该 直线叫做晶带轴。
在多相组织中，具有不同晶 体结构的两相之间的分界面
称为相界。
Example:
Determine the number of vacancies needed for a BCC iron lattice to have a density of 7.87g/cm3. The lattice parameter of the iron is 2.866x10-8cm. The atomic mass of iron is 55.847g/mol. Avogadro’s number is 6.02x1023/mol.
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★可以表示晶体滑移的方向和大 小。 ★位错线和柏氏矢量构成的平面 定义为滑移面。
位错密度 可用单位体积中位错线总长度来表示，即
L
V
式中，ρ为位错密 度（m-2）；ΣL为 位错线的总长度 （m）；V为体积 （m3）。
线缺陷
线缺陷
面缺陷
由于表面上的原子与晶体内部的原子相比其配位数 较少，使得表面原子偏离正常位置，在表面层产生 了晶格畸变，导致其能量升高。将这种单位表面面 积上升高的能量称为比表面能，简称表面能。表面 能也可以用单位长度上的表面张力（N／m）表示。
nV
nexp(Q) RT
where nV is the number of vacancies per cm3; n is the number of lattice points per cm3; Q is the energy
required to produce a vacancy, in cal/mol; R is the

超（超）临界电站锅炉金属监督典型缺陷分析和探讨随着压力、温度参数的大幅度提高，对超（超）临界电站锅炉安装过程中锅炉的管道焊接、承压部件安全性和可靠性提出了更高的要求，必须对焊接过程，焊材管理，预热和热处理工艺等因素严加控制，本文通过金属监督过程中发现的一些典型的缺陷进行分析和探讨来总结一下超（超）临界电站锅炉安装过程中金属监督应重点关注的一些问题。

标签：超（超）临界电站锅炉；金属监督；典型缺陷1 引言本公司承接某2×350MW超（超）临界电站锅炉安装金属监督工作，本工程锅炉焊口总数60970道，射线检测31239道，一次返修焊口92道，超声检测24539道，一次返修焊口79道，光谱检测696915点，发现不符项12点，硬度检测38160点，发现不合格37点。

2 典型缺陷进行分析总结由于安装过程中焊接、预热及焊后热处理、焊材等环节管理不规范，而导致安装存在重大的质量问题，为了在以后的工作中避免这些情况再次发生，我们就本工程中发现的几个典型缺陷进行分析总结：（1）焊口根部氧化及成形不良。

屏过出口至末过入口连接管，规格φ457×70，材质SA-335P91，我检测人员在对此焊口超声波检测时，发现根部有不良回波，本公司利用内窥镜对焊缝根部做进一步检查发现根部过度氧化，有内凹缺陷，并有挂渣现象（见图1）。

经过和焊接公司共同讨论分析一致认为是焊接过程中充氩保护不到位，导致过度氧化。

（2）焊材错用。

顶棚管材质为SA213T12，按照工艺要求，应使用TIG-R30或相近化学成分和力学性能的焊丝，在对顶棚管焊缝光谱抽查时，发现3道焊缝焊材主要合金元素Cr：0.21%，Mo：0.2%，明显低于DL/T819-2012中对T12材料主要元素的标准要求。

经调查发现焊工间互相借用焊丝导致焊材错用。

（3）硬度值超标，焊后热处理工艺不规范。

高温过热器管排材质SA-213T91，焊缝在地面组合，热处理后对焊口进行硬度抽查，发现个别焊口硬度超出母材硬度值100HB。

热处理缺陷的成因分析及解决方案（图)模具的热处理包含了预备热处理、最终热处理及表面强化处理。

模具热处理中，淬火是常见工序。

然而，因种种原因，有时难免会产生淬火裂纹,致使前功尽弃。

通常热处理缺陷是指模具在最终热处理过程中或在以后的工序中以及使用过程中出现的各种缺陷,如淬裂、变形超差、硬度不足、电加工开裂、磨削裂纹、模具的早期破坏等。

分析热处理缺陷产生原因,进而采取相应预防措施，具有显著的技术经济效益。

⒈纵向裂纹裂纹呈轴向，形状细而长。

当模具完全淬透即无心淬火时,心部转变为比容最大的淬火马氏体,产生切向拉应力，模具钢的含碳量愈高,产生的切向拉应力愈大,当拉应力大于该钢强度极限时导致纵向裂纹形成。

以下因素又加剧了纵向裂纹的产生：(1)钢中含有较多S、P、Bi、Pb、Sn、As等低熔点有害杂质，钢锭轧制时沿轧制方向呈纵向严重偏析分布，易产生应力集中形成纵向淬火裂纹，或原材料轧制后快冷形成的纵向裂纹未加工掉保留在产品中导致最终淬火裂纹扩大形成纵向裂纹; （2）模具尺寸在钢的淬裂敏感尺寸范围内(碳工具钢淬裂危险尺寸为8-15mm，中低合金钢危险尺寸为25-40mm）或选择的淬火冷却介质大大超过该钢的临界淬火冷却速度时均易形成纵向裂纹.解决方案：(1）严格原材料入库检查，对有害杂质含量超标钢材不投产；(2）尽量选用真空冶炼,炉外精炼或电渣重熔模具钢材；(3）改进热处理工艺,采用真空加热、保护气氛加热和充分脱氧盐浴炉加热及分级淬火、等温淬火；（4)变无心淬火为有心淬火即不完全淬透，获得强韧性高的下贝氏体组织等措施，大幅度降低拉应力，能有效避免模具纵向开裂和淬火畸变。

⒉横向裂纹裂纹特征是垂直于轴向。

未淬透模具，在淬硬区与未淬硬区过渡部分存在大的拉应力峰值，大型模具快速冷却时易形成大的拉应力峰值,因形成的轴向应力大于切向应力，导致产生横向裂纹。

锻造模块中S、P、Bi、Pb、Sn、As等低熔点有害杂质的横向偏析或模块存在横向显微裂纹，淬火后经扩展形成横向裂纹.解决方案: （1)模块应合理锻造,原材料长度与直径之比即锻造比最好选在2—3之间，锻造采用双十字形变向锻造,经五镦五拔多火锻造,使钢中碳化物和杂质呈细、小，匀分布于钢基体，锻造纤维组织围绕型腔无定向分布，大幅度提高模块横向力学性能，减少和消除应力源；(2）选择理想的冷却速度和冷却介质：在钢的Ms点以上快冷，大于该钢临界淬火冷却速度，钢中过冷奥氏体产生的应力为热应力，表层为压应力,内层为张应力，相互抵消，有效防止热应力裂纹形成，在钢的Ms—Mf之间缓冷，大幅度降低形成淬火马氏体时的组织应力。

金属材料热处理过程变形及开裂问题分析摘要：热处理是一种改善金属材料使用性能和艺性能的重要工艺，通过合适的热处理加工，可以充分挖掘材料的潜力，从而减少零件的重量，提高产品性能和质量，延长产品的使用寿命。

与此同时，不合理的热处理工艺也会带来金属材料变形开裂等风险和隐患。

通过分析热处理加工过程中引起金属材料变形及开裂的主要原因，采用合理控制和预防措施，避免材料变形和开裂的风险发生。

鉴于此，本文主要分析金属材料热处理过程变形及开裂问题。

关键词：金属材料；热处理；变形中国分类号：TG156文献标志码A1、引言机械金属材料通过热加工处理能够使机械金属材料中网状碳化物等杂质的含量降低和减少，使内应力的缺陷消除，很好地提升金属材料的强度和韧性，此外在机械生产过程中根据不同的实际状况，可以对金属材料再进行塑性打造，很大程度上提高机械金属材料的使用寿命，所以在相关机械深加工环节中被广泛应用。

2、机械金属材料热处理过程中需要遵守的原则2.1、遵循可持续性的原则机械金属材料要保持可持续发展的原则，保证资源和材料的不浪费，不破坏环境为前提。

所以，在对机械金属材料热处理加工过程中，根据性能和最佳状态来完成，节约材料有效利用不浪费。

在节约的前提下还要做好机械金属材料热处理加处理后的质量保证。

更好地发挥机械效能和质量，保证物质生活提高和经济运行发展。

2.2、遵循科学实用性的原则机械金属材料在热处理加工过程中，要避免出现开裂变形等问题，应该学习老一代前辈不怕苦不怕困难的精神，在科学的理念指引下，从失败中吸取经验，探索方法，创新思路，不断完善和提升金属材料的热处理水平。

3、金属材料热处理变形及开裂出现的主要原因金属材料热处理是将材料加热到合适温度，保温一定时间，再通过合适的方式来冷却的过程。

由此可见，在热处理加工过程中，加热温度，保温时间，冷却方式起着主要作用，此外工件结构设计的合理性也在热加工过程中起着关键作用。

3.1、温度把控不合理•在金属材料热加工过程中，温度起着决定性作用。

§1.4 金属晶体缺陷
点缺陷
线缺陷
面缺陷
点缺陷的特点是在空间三维方 向上的尺寸都很小，约为几个
原子间距，又称零维缺陷
⑴空位 ⑵间隙原子 ⑶置换 原子，
点缺陷
§1.4 金属晶体缺陷
点缺陷
线缺陷
面缺陷
线缺陷就是各种类型的位错。它是指晶体中的 原子发生了有规律的错排现象。其特点是原子 发生错排的范围只在一维方向上很大，是一个 直径为3～5个原子间距，长数百个原子间距以
gas constant, 1.987cal/mol·K; and T is the
temperature in degrees Kelvin.
Example:
Design a heat treatment that will provide 1000 times more vacancies in copper than are normally present at room temperature. About 20000 cal/mol are required to produce a vacancy in copper. The lattice parameter of FCC copper is 0.36151nm.
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面缺陷
面缺陷
面缺陷
晶带和晶带轴
平行于或者相交于同一直线的 一组晶面组成一个晶带，而该 直线叫做晶带轴。
在多相组织中，具有不同晶 体结构的两相之间的分界面
称为相界。
Example:
Determine the number of vacancies needed for a BCC iron lattice to have a density of 7.87g/cm3. The lattice parameter of the iron is 2.866x10-8cm. The atomic mass of iron is 55.847g/mol. Avogadro’s number is 6.02x1023/mol.

钢热处理十种组织缺陷分析及对策钢的力学性能、物理性能和化学性能决定钢的热处理组织。

正常组织赋予钢优异性能；组织缺陷恶化钢的性能，降低产品质量和使用寿命，甚至发生事故。

钢热处理主要有十种组织缺陷．分析原因，采取对第，有显著技术经济效益。

一、奥氏体晶粒粗大钢奥氏体晶粒定为13级，一级最粗，13 级最细。

晶粒愈细，强韧性愈佳，淬火得到隐晶马氏体；晶粒禽粗，强韧性愈差、脆性大，淬火得到粗马氏体。

实践证明．奥氏体形成后，随着温度升高和长时间保温，奥氏体晶粒急剧长大当加热温度一定时，快速加热奥氏体晶粒细小；慢速加热，奥氏体晶粒粗大奥氏体晶粒随钢中含C、Mn元素增加而增大，随钢中含W、Mo、V元素增加而细化。

钢最终淬火前未经预处理，奥氏体晶粒易粗化，淬火得到粗马氏体，强韧性低，脆性大。

晶粒粗化，降低晶粒之闻结合力，力学性能恶化。

对策——合理选择加热温度和保温时间。

加热温度过低，起始晶粒大，相转变缓慢；加热温度过高，起始晶粒细，长大倾向大，得到粗大奥氏体晶粒。

加热温度应按钢的临界温度确定，保温时间接加热设备确定。

合理选择加热速度，根据过热度对奥氏体形核率和长大速率影响规律，采用快速加热和瞬时加热方法细化奥氏体晶粒，如铅浴加热、盐浴加热、高频加热、循环加热、激光加热等。

淬火前预处理细化奥氏体晶粒，如正火、退火、调质处理等。

选用细晶粒钢和严格控温等措施。

二、残余奥氏体量过多钢件淬火后过冷奥氏体已转变成淬火马氏体．未完全转变者为残余奥氏体。

残余奥氏体在回火过程可部分转变成马氏体，但因材料与工艺不同，残余奥氏体可多可少保留在使用状态中。

保留少量残余奥氏体有利增加强韧性、松驰残余应力、延缓裂纹扩展、减少变形等。

但过量残余奥氏体将降低钢的硬度、耐磨性、疲劳强度、屈服强度、弹性极限和引起组织不稳定，导致使用时发生尺寸变化等不利因素。

园此，残余奥氏体含量不宜过多。

高合金钢中有大量降低Ms点的台金元素，会增加淬火钢残余奥氏体量，如高速钢淬火后残余奥氏体量高达50％以上；过高的淬火加热温度会使钢中C和合金元素大量溶入高温奥氏体中，提高了台金化奥氏体稳定性，不易发生马氏体相变，保留在淬火组织中，增加残余奥氏体量；等温淬火较普通淬火残余奥氏体量多；淬火冷却速度慢，残余奥氏体量多等。

分析金属材料热处理变形问题及开裂问题的解决措施摘要：金属材料性能全面提升的最为有效途径就是热处理，但是在实际的热处理过程中，最不可避免的问题，就是热处理变形和开裂问题，其对工件的加工和后续的交付非常不利。

基于此，本篇文章对金属材料热处理变形问题及开裂问题的解决措施进行深入的分析和探讨。

关键词：金属材料热处理变形问题开裂问题前言：所谓金属材料的热处理，其主要就是以固态金属具体的工艺制造需求，将相应的加热和保温以及冷却处理实施进来，与此同时，还要将相应的机械作用和化学作用辅助配合进来，改变金属材料的内部结构，改变其性能，进而将符合工艺需求的金属产品制造出来。

1.热处理变形开裂的主要原因在金属材料的热处理中，主要存在两种类型的变形，首先就是尺寸变形，其次就是形状变形，而对于大部分的类型而言，其都是金属材料本身在接受热处理的过程中，工件内部的应力进一步导致。

而实际的内应力不同，则又分为两种应力类型，一种为组织应力，另一种为热应力。

而金属材料工件本身会出现变硬的问题，主要原因就是这两种应力因素结合到一起的成果，远远的超出了应力自身的变形极限，进而出现永久变形的问题。

1.1.热处理引起的开裂与变形因素在金属材料的热处理中，主要包含冷却和加热这两个过程中。

而且在实际的热处理过程中，相应的金属工件要经过热胀冷缩处理，而实际的体积变化非常明显。

对于金属材料工件而言，其在达到相应的淬火温度时，会明显的降低工件屈服强度，提高工件塑性，在热处理金属的过程中，金属屈服强度无法超越内应力，则实际的塑性变性进一步发生。

1.1.组织应力引起的变形和开裂因素对于金属材料工件而言，相应的组织应力具备两个非常明显的特点：首先，就是实际的切向应力要远远的大于轴向应力，而且与金属工件表层十分贴近；其次，就是对于金属工件表面而言，其本身主要会受到拉应力的影响，与此同时，内部则受到压应力。

对于组织应力而言，其本身在经历工件淬火的过程中，之所以会发生形变和开裂的问题，其根本原因就是在实际的热处理过程中，受到了组织应力和热应力的综合影响。

钢的普通热处理实例解析与缺陷分析班级：冶金2班姓名：张海骄学号：09455622312012.5.31钢的普通热处理及常见缺陷与不救措施摘要：简单介绍钢的普通热处理工艺，以及常见缺陷的不救措施，最后举例说明热处理的简单应用（用T12钢制作剪板机刀片）关键字：热处理退火正火淬火回火缺陷补救 T12钢引言通过阅读了解热处理相关的知识，热处理是一种很重要的金属加工工艺方法，也是充分发挥金属材料性能潜力的重要手段。

热处理的主要目的是改变金属材料的性能，其中包括使用性能及工艺性能。

热处理是金属零件加工工艺中的一个重要环节。

原材料质量和工件结构以及焊接、电镀处理，校直和装配时产生的应力对热处理过程及工件质量有重要的影响，因此防止热处理缺陷必须对其生产工艺过程进行分析。

列举实例说明钢的热处理的简单应用。

1.钢的普通热处理1.1 退火将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却(通常为随炉冷却)至500℃以下空冷，从而获得接近平衡状态组织的热处理工艺称做退火。

1.1.1退火目的：1.调整硬度以便进行切削加工。

工件经铸造或锻造等热加工后，硬度偏高或偏低，且不均匀，严重影响切削加工。

适当退火或正火后可使工件的硬度调整到HB170~250且比较均匀，从而改善了切削加工性能。

2．消除残余内应力，以防止钢件在淬火时产生变形或开裂。

3．细化晶粒，改善组织，提高力学性能。

4．为最终热处理(淬火+回火)作好组织上的准备。

1.1.2退货常见类型A.完全退火:完全退火是将钢件或钢材加热到Ac3以上20℃～30℃，经完全奥氏体化后进行随炉缓慢冷却，以获得近于平衡组织的热处理工艺。

应用：用于亚共析钢的铸锻件、也用于焊接结构。

过共析钢不用该方法B.球化退火: 钢随炉升温加热到Ac1以上Accm以下的双相区，较长时间保温，并缓慢冷却的工艺。

这种工艺主要适用于共析或过共析的工模具钢，目的是让其中的碳化物球化（粒化）和消除网状的二次渗碳体，因此叫做球化退火。

缺陷与失效分析
缺陷类型：气孔、夹杂、裂纹、磨损等 失效原因：设计不合理、材料选择不当、加工工艺问题等 失效后果：影响产品性能、缩短使用寿命、造成安全隐患等 预防措施：优化设计、选用合适材料、改进加工工艺等
解决方案
优化材料选择：选择合适的材料，避免缺 陷产生
改进工艺：优化生产工艺，减少缺陷产生
加强检测：提高检测频率和质量，及时发 现缺陷
材料缺陷：如夹杂物、气孔、裂纹等 加工工艺不当：如热处理不当、锻造不当等 设计不合理：如结构不合理、应力集中等 使用环境恶劣：如高温、高压、腐蚀等 维护保养不当：如润滑不足、磨损严重等
失效机理
疲劳失效：循环载荷作用下，材料疲劳 损伤累积导致断裂
断裂失效：材料内部缺陷或应力集中导 致断裂
腐蚀失效：环境因素导致材料表面腐蚀， 降低机械性能
气压：气 压变化可 能导致材 料变形或 破裂
辐射：辐 射可能导 致材料老 化或失效
化学物质： 接触有害 化学物质 可能导致 材料腐蚀 或变质
生物因素： 生物侵蚀 可能导致 材料损坏 或失效
金相组织缺陷检测方法
宏观检测
肉眼观察：直接观察样品表面，发 现明显缺陷
低倍显微镜观察：使用低倍显微镜 观察样品表面，发现更细微的缺陷
变形预防：合理设计、正确选材、控制热处理工艺等
金相组织缺陷原因
原材料问题
原材料质量不 合格：如杂质、 气孔、裂纹等
原材料加工工 艺不当：如热 处理、锻造、 焊接等工艺不
当
原材料选择不 当：如选材不 当、材料搭配
不当等
原材料储存不 当：如储存环 境不当、储存
时间过长等
工艺问题

材料选择不当：材料 性能与使用环境不匹 配