生產中經常出現滲碳或碳氮共滲后淬火裂紋，導致零件報廢，既影響生產進度，也造成不必要的經濟損失。因此，分析產生裂紋原因，避免再現，至關重要。    1．問題描述    某單位生產4批零件，其加工工序如下：領料一車工一磨工一超聲波檢測一車工一磨工一碳氮共滲一高溫回火一平磨一車工（開槽）一鉆工一鉗工一檢驗一淬火一回火一磨工一磁粉檢測。  前3批零件均一次性合格，第4批（29件）零件加工至回火工序，噴砂后發(fā)現大量零件

模鍛件的成形一般包括三種類型的工步，即模鍛工步（包括預鍛和終鍛）、制坯工步（包括鐓粗、拔長、滾擠、卡壓、成形、彎曲等）、切斷修整工步（包括切斷、切邊、沖孔、校正、精壓等）。    預鍛工步是使制坯后的坯料進一步變形，以保證終鍛時獲得飽滿、無折疊、無裂紋或其他缺陷的優(yōu)質鍛件；同時有助于減少終鍛模膛磨損，提高模具壽命。終鍛工步用以完成鍛件的最終成形。所以，當鍛件形狀復雜，成形困難，且生產批量較大時，一般都采用預鍛，然后再終鍛。    制坯工步主要是根據鍛件的形

 (1)鑄造鋁合金的種類、性能及應用鑄造鋁合金可分為Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg系等，其中Al-Si占整個鋁鑄件的80%～90%。①Al-Si系合金鑄造性能好，但強度和塑性低。經過變質處理可提高合金的強度，尤其是塑性。在Al-Si系合金中，常常加入Mg、Cu等合金元素，通過熱處理可大幅度提高合金的力學性能。Al-Si系合金可用于制造內燃機缸體、缸蓋、儀表外殼等。②Al-Cu系合金室溫及高溫力學性能都高，切削性能好，加工表面光潔，富銅相耐熱，熔鑄工藝簡單；但鑄造性能較差（屬于固溶體型合金），富銅相

半軸是汽車后橋受扭矩及一定沖擊力的重要結構件，是傳遞動力的主要部件之一，在工作過程中將主減速器、差速器傳來的扭矩最后傳給驅動車輪，即起到傳遞發(fā)動機扭力和驅動后橋圓錐齒使車輪前進的作用，花鍵受力處既有滑動又有沖擊，半軸的使用壽命取決于花鍵齒的抗壓能力，要求有較高的靜扭轉強度和扭轉疲勞壽命、良好的耐疲勞性能及沖擊韌性等，較深的硬化層等，來滿足實心半軸的正常需要。 (1)材料的選擇和技術要求汽車半軸通常采用中碳鋼或中碳合金鋼等制造，并進行調質或正火處理。為了防止出現淬火開裂，采用浸油或浸水的冷卻方法，中頻淬火采

鋼的熱處理應當在還原性氣氛中進行，在加熱過程中能保護工件，免于氧化、脫碳的爐氣即為保護氣氛，作為淬火加熱工序應確保零件的表面狀態(tài)沒有發(fā)生改變，下面為熱鍛模具、結構鋼零件保護加熱時，通常的保護氣氛的成分下表。 零件在加熱過程中，為保護零件免于氧化和脫碳，在具有還原性的氣氛中完成熱處理，可以獲得無氧化、不脫碳的光亮表面，提高了表面質量，同時也省去了酸洗、拋丸或噴砂工序，提高作業(yè)效率、明顯降低了生產成本。    保護氣氛的種類很多，為了便于了解其特性，下面分別加以介紹，供零件在加熱過程中正確

粉末冶金法是一種不用熔煉和鑄造，而用壓制、燒結金屬粉末的方法來制造零件的新工藝。粉末冶金法既是制取具有特殊性能金屬材料的方法，也是一種精密的無切屑或少切屑的加工方法。用粉末冶金法可使壓制品達到或非常接近于零件要求的形狀、尺寸精度與表面粗糙度，使生產率和材料利用率大為提高，節(jié)省加工工時和減少機械加工設備，降低成本，因此粉末冶金法在國內外都得到了很快的發(fā)展。粉末冶金工藝過程包括粉料制備、壓制成形、燒結及后處理幾個工序。(1)粉料制備  包括金屬粉末的制取、粉料的混合等步驟。值得指出的是，金屬粉末的各

鋼件在熱處理中產生的應力有第一、第二、第三類內應力，即鋼件各部位之間的宏觀內應力（第一類內應力）和晶粒范圍內的應力（第二類應力），以及晶格內部應力（第三類應力）。僅僅第一類內應力就足以引起工件的扭曲和產生裂紋。本章討論的是指第一類內應力。工件在加熱和冷卻過程中，將發(fā)生熱脹冷縮的體積變化，以及因組織轉變時新舊相比容差而發(fā)生的體積改變。由于熱傳導過程，工件表面比心部先加熱或先冷卻，在截面上各部分之間產生溫差，導致鋼件表層和心部不能在同一時刻發(fā)生上述體積變化。各部位體積變化的相互牽制便形成內應力。加熱或冷卻速度越大，工件

淬火處理一般采用平衡或接近平衡的鐵素體-珠光體類為原始組織，而不采用非平衡組織，像淬火馬氏體、回火馬氏體、貝氏體、魏氏組織等。因為這些非平衡組織在加熱淬火時，可能發(fā)生組織“遺傳”，即舊相（奧氏體）晶粒粗大，新形成的奧氏體晶粒也會是粗大的，這不僅不能矯正過熱組織，反而會更加傾向于過熱。高速鋼重復淬火會形成萘狀組織。高碳高合金鋼的馬氏體，性能較脆，導熱性較差，加熱時容易開裂。因此，一般將非平衡組織進行退火或正火，切斷“遺傳”，再加熱淬火，以防止淬火裂紋。但是，在某些條件下

①各向異性纖維組織的形成和形變織構的出現，均使金屬的性能產生各向異性，這對塑性成形加工是不利的。用有織構的板材沖壓筒形件時，因在不同方向上塑性差別很大，工件的邊緣出現高低不平（俗稱“制耳”現象），且壁厚和硬度也不均勻。為了避免織構帶來的這類缺陷，變形量較大的工件往往經多次變形完成，并進行中間退火過程。②冷變形強化隨著塑性變形程度的增加，金屬的強度和硬度顯著提高，而塑性明顯下降，這一現象稱為冷變形強化，也稱加工硬化。變形過程中位錯密度的增加和晶粒的碎化是產生冷變形強化的主要原因。由于位錯之間的

所謂碳化物不均勻性，主要指碳化物液析、碳化物帶狀、碳化物網狀及碳化物顆粒的大小和分布不均勻等，它們可能成為斷裂源。人們普遍認為不均勻碳化物增加鋼的淬裂傾向。這在高碳高合金的Cr12型鋼及高速鋼中表現最為突出。這類鋼冶煉澆注時產生嚴重的偏析，大量的萊氏體共晶碳化物堆集于奧氏體晶粒周圍，有時呈網狀分布。這些碳化物在鍛、軋成形過程中雖然可被破碎，但在不同程度上仍保留著各種形式的不均勻性。在淬火加熱條件下，具有粗大網絡狀和密集條帶狀的碳化物難以充分溶解，造成鋼材各向異性，尤其是橫向性能顯著降低。碳化物不均勻程度愈大，其抗彎

許多工件的淬火裂紋不是在淬火介質中產生的，而是淬火后放置一些時間才開裂的，此稱“時效裂紋”，實質上也是淬火裂紋。眾所周知，淬火介質溫度一般高于室溫，工件冷卻到淬火介質溫度時，尚有一部分奧氏體未轉變?yōu)轳R氏體，工件從淬火劑中取出后在室溫下放置，實際上是繼續(xù)冷卻淬火，尤其是放在冰冷的地面上或使工件過夜。夜間車間里溫度不斷降低，工件內殘留奧氏體繼續(xù)向馬氏體轉變，組織應力不斷增加。這樣在室溫放置過程中，淬火件可能開裂。另一方面，鋼件中的淬火內應力，經放置一段時間會重新分布，也可能引起開裂。還有，淬火鋼

斷續(xù)淬火法是將工件淬入淬火介質中數秒后提出來，在空氣中冷卻一定時間，然后再淬火冷卻的方法。這種操作可依情況反復多次。若選擇停留時間正確并經反復多次操作，可以使工件表面和中心達到所要求的硬度。這種淬火法有利于防止淬火開裂。這是由于在工件被提出介質時，表層急冷而轉變的馬氏體因工件內部熱量而被回火，減小了內應力的緣故。但要注意，工件在空氣中停留時，其內部的奧氏體不能發(fā)生分解，以便在隨后的淬入介質急冷時繼續(xù)轉變?yōu)轳R氏體。45號鋼制成的大型壓模，設計要求采用整體淬火，硬度要求HRC38~43。由于工件形狀復雜，多孔、多槽及厚

為了給淬火作好組織準備，鍛造后的毛坯，需要進行適當的預先熱處理，如正火、退火、調質處理和球化退火等，以滿足機械加工的需要并為最終熱處理作組織準備。對于某些形狀復雜、精度要求較高的零件，在粗加工與精加工之間或在淬火之前，還要進行消除應力退火。例如45號鋼制成的搖臂軸，要求硬度HRC50~55。由于原材料在切削后殘存有嚴重的內應力，故經淬火后，搖臂軸在邊角處產生裂紋并剝落。若改進工藝，事先進行550~600℃、3h去除應力退火，可消除淬火裂紋。對于具有尖角、截面變化大且淬火前又有較大殘余內應力的鋼件，淬火前進行高溫回火

1、氧化與脫碳  鋼在加熱時，鋼表面形成一層松脆的氧化鐵皮的現象稱為氧化；脫碳是指鋼件表面含碳量降低的現象。氧化和脫碳會降低鋼件表層的硬度和疲勞強度，而且還影響零件的尺寸。為了防止氧化和脫碳，通常在鹽浴爐內加熱。要求更高時，可在工件表面涂覆保護劑或在保護氣氛及真空中加熱。2、過熱和過燒  鋼在淬火加熱時，由于加熱溫度較高或加熱時間過長，而發(fā)生的奧氏體晶粒顯著粗化的現象，稱為過熱。若加熱溫度過高，而出現晶界氧化并開始部分熔化的現象稱為過燒。工件過熱后，不僅降低鋼的力學性能（尤其

鋼材若存在某些冶金缺陷（如偏析、疏松、夾雜和發(fā)紋等），便容易在淬火時產生裂紋。一些結構鋼中的帶狀組織及高碳合金鋼中的碳化物偏析，也是淬火裂紋的誘因。因此，為了降低淬火裂紋傾向，提高成品率及改善零件使用性能，應將鋼材進行良好的鍛造。為了降低高速鋼的碳化物不均勻性，可采用重新改鍛的方法，即把冶金廠供貨的較大尺寸的棒料切成小塊（小于φ30mm時不必改鍛），加熱到1100~1150℃，鐓粗、拔長，反復多次成形。在鍛造加熱時需要緩慢、均勻地進行，并要熱透。始鍛時輕捶慢打，逐漸增加壓下量。過熱會鍛裂，低溫鍛打也會鍛裂。鍛后應砂

將淬火后的鋼，重新加熱到A1點以下的某一溫度，保溫一定時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝稱為回火。淬火后的鋼件存在很大的內應力和脆性，如不及時通過回火消除，會引起工件的進一步變形，甚至開裂，所以淬火工件一般需經回火后才能使用。淬火工件經回火后可以達到以下三個目的：(1)消除內應力  通過回火可減少或消除工件在淬火時產生的內應力，防止工件在使用過程中的變形和開裂。(2)獲得所需要的力學性能  通過回火提高鋼的韌性，適當調整鋼的強度和硬度，使工件達到所要求的力學性能，以滿足各種工件

將工件置于一定溫度的活性介質中保溫，使一種或幾種元素滲入它的表層，以改變其化學成分、組織和性能的熱處理工藝，稱為化學熱處理。與其他熱處理相比，化學熱處理不僅改變了鋼的組織，而且表面層的化學成分也發(fā)生了變化，因而能更有效地改變表面層的性能。化學熱處理是通過以下三個基本過程來完成的：(1)分解  介質在一定的溫度下，發(fā)生化學分解，產生可滲入鋼表面的活性原子。(2)吸收  活性原子被工件表面吸收。例如活性原子溶入鐵的晶格中形成固溶體，或與鐵化合形成金屬化合物等。(3)擴散 

滲氮（又稱為氮化）是向鋼的表面滲入氮原子的化學熱處理工藝。滲氮的目的是提高零件表面的硬度、耐磨性、耐蝕性及疲勞強度。滲氮的方法很多，目前應用最多的滲氮方法為氣體滲氮和離子滲氮。(1)氣體滲氮  工件在氣體介質中進行的滲氮稱為氣體滲氮。它是將工件放入密閉的爐內，加熱到500~600℃，通入氨氣(NH3)，氨氣分解出活性氮原子被工件表面吸收，與鋼中的合金元素鋁、鉻、鉬形成氮化物，并向心部擴散，形成一定厚度的滲氮層，滲氮層一般深度為0.1~0.8mm。氣體滲氮適用于含有鋁、鉻、鉬等合金元素的鋼，38C

在一定溫度下，將碳、氮原子同時滲入工件表層奧氏體中，并以滲碳為主的化學熱處理工藝稱為碳氮共滲。以滲氮為主的稱為氮碳共滲。(1)中溫氣體碳氮共滲  加熱溫度為820~870℃，以滲碳為主，共滲層表面w(C)為0.7%~1.0%，w(N)為0.15%~0.5%。碳氮共滲后一般直接進行淬火和低溫回火，熱處理后，表層組織為含碳、氮的馬氏體及呈細小分布的碳氮化合物。碳氮共滲與滲碳相比，具有很多優(yōu)點。它不僅加熱溫度低，零件變形小，生產周期短，而且滲層具有較高的硬度、耐磨性和疲勞強度。目前工廠里常用來處理汽車

碳溶解在γ-Fe中形成的間隙固溶體稱為奧氏體，用符號A表示。圖為奧氏體的原子排列示意圖，它仍保持γ-Fe的面心立方晶格。  圖   奧氏體原子排列示意圖由于γ-Fe是面心立方晶格，晶格的間隙較大，故奧氏體的溶碳能力較強。在727℃時碳在γ-Fe中的溶解度為0.77%。隨著溫度的上升，溶解度逐漸增大，在1148℃時其溶解度可達到2.11%。奧氏體的強度和硬度不高(Rm≈400MPa，120~220HBW)，但塑性很好（A≈40%~60%），所以鋼材在進行