45钢和40Cr钢调质的热处理工艺

45钢和40Cr钢调质的热处理工艺齿轮生产中常常产生淬火裂纹及磨削裂纹，最终导致产品报废，所以分析研究裂纹产生的原因、影响因素及其克服的办法是重要而有意义的。1、淬火裂纹1.1淬火裂纹的类型淬火裂纹的类型，或特征与淬火内应力密切相关（图1）。图1淬火裂纹类型及形成裂纹的内应力其中特别应指出的是最为常见的纵向裂纹和横向裂纹。（1）纵向裂纹（见图中的左上）这类裂纹主要发生在淬透工件，以组织应力为主在表面形成拉应力，而且三向应力中切向应力大于轴向应力（图2）（2）横向裂纹（见图中的左上第二图）这类裂纹主要发生在未淬透工件，最终在表面形成压应力，而在层下相应存在一定的拉应力，而且三向应力中轴向应力大于切向应力（图3）1.2淬火裂纹的裂面特征淬火裂纹的裂痕面无杂色。水淬时可能有红锈斑，油淬时有油渍。图3含ω（C）1%，ω（V）0.2%钢圆柱试样（Ф18mm）自800℃水淬后未淬透的心部大小对残留应力的影响因为淬火裂纹发生在250℃以下（Ms点以下），因而裂痕面不会有氧化。若裂痕面有氧化或脱碳，则应视为锻造裂纹，或淬火前就存在的裂纹，在淬火后加深、扩大。1.3淬火裂纹的影响因素（1）合金元素合金元素的影响见图4。C、Cr、Mo及Mn元素含量到一定程度即易引起淬火裂纹，P是最强的影响元素。（2）钢的淬透性图5是钢淬裂倾向与淬透性的关系，即随着淬透性的提高，淬裂倾向增大。（3）钢的Ms点当钢材的Ms点大于320℃，几乎不产生淬火裂纹（图6），这是因为在比较高的温度发生的马氏体转变立即得到回火，组织应力被降低。（4）淬火温度通常，淬火温度越高越容易产生裂纹，然而，此现象与淬火深度亦即工件大小有密切的关系。从图7来分析三种情况：a、第Ⅰ区，小工件淬火温度越高，淬火裂纹越易发生。这是因为小工件温度越高，心部越容易淬硬，组织应力型占主导，表面拉应力增大。b、第Ⅱ区，大工件淬火温度越高，越不容易产生淬火裂纹，这是因为对大工件，心部淬不透，所以其温度越高，能淬硬的心部体积增大，硬度提高，使表面压应力降低，相应，过渡区的拉应力也下降。c、第Ⅲ区，中等尺寸工件随着淬火温度升高，裂纹的发生率下降，达到某一温度范围便不产生裂纹，温度再度升高，又会产生裂纹，这是因为对中型工件，淬火温度低时成为心部淬不透型（Ⅱ），而温度较高时，工件变成穿透淬火型（Ⅰ）。（5）工件尺寸大小对于淬透的工件，存在一淬裂危险尺寸，见图8。当尺寸小于危险尺寸时，心部和表面温差小，相应淬火应力小，不易产生裂纹；当尺寸大于危险尺寸时，淬火应力虽然大，但拉应力峰值离表面较远，淬裂倾向也就减小。对于危险截面尺寸，拉应力值较大，而且靠近表面，所以容易产生淬火裂纹。（6）淬火冷却通常认为，淬火冷却越激烈，越容易产生淬火开裂。其实不然，因为淬火开裂与工件最终的淬火拉应力大小有关，而拉应力的大小决定于淬火热应力和组织应力的迭加。分析一下淬火过程的应力形成与冷却速度的关系：在Ms点以上，冷速越大，产生的压应力（热应力）越大；在Ms～Mf区间，冷速越小，产生的拉应力（组织应力）越小。从图9可以看到，在一般情况下采用油淬，使组织转变产生的拉应力减小；在特殊情况下，采用盐水或喷水淬火是为了提高淬火热应力（压应力），最终效果是尽量减小拉应力，从而克服淬火裂纹的产生。（7）表面脱碳当工件表面产生脱碳时，在淬火过程中表面形成的M或B组织的比容比表层以下转变所产生的M比容小，所以在表面会产生更大的拉应力，见图10。当表面脱碳严重而形成P时，层下M转变对表面层产生的拉应力会因P的塑性变形而松驰，于是不会产生裂纹。所以有一个残碳量界限值，通常为0.30%。（8）关于钢的碳含量钢的淬火开裂与其含碳量关系十分密切。从图5，当含碳量＜0.3%，钢淬火不会产生开裂；从图6，当含碳量＜0.4%，也不会有淬裂的现象产生；再从工件表面脱碳，当表面脱碳到0.3%以下亦不会产生裂纹。综合以上，对于钢材含碳量＜0.35%，在各种情况下都不会产生淬裂。