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材料熱處理：淬火
2018-10-17 00:00:00 來(lái)源：材料熱處理：淬火 點(diǎn)擊：1547 喜歡：1
淬火的定義與目的
將鋼加熱到臨界點(diǎn)Ac3（亞共析鋼）或Ac1（過(guò)共析鋼）以上某一溫度，保溫一段時(shí)間，使之全部或部分奧氏體化，然后以大于臨界淬火速度的速度冷卻，使過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體或下貝氏體組織的熱處理工藝稱為淬火。
淬火的目的是使過(guò)冷奧氏體進(jìn)行馬氏體或貝氏體轉(zhuǎn)變，得到馬氏體或下貝氏體組織，然后配合以不同溫度的回火，以大幅提高鋼的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度以及韌性等，從而滿足各種機(jī)械零件和工具的不同使用要求。也可以通過(guò)淬火滿足某些特種鋼材的鐵磁性、耐蝕性等特殊的物理、化學(xué)性能。
鋼件在有物態(tài)變化的淬火介質(zhì)中冷卻時(shí)，其冷卻過(guò)出一般分為以下三個(gè)階段：?蒸汽膜階段、沸騰階段、對(duì)流階段。
鋼的淬透性
淬硬性和淬透性是表征鋼材接受淬火能力大小的兩項(xiàng)性能指標(biāo)，它們也是選材、用材的重要依據(jù)。
1.淬硬性與淬透性的概念
淬硬性是鋼在理想條件下進(jìn)行淬火硬化所能達(dá)到的最高硬度的能力。決定鋼淬硬性高低的主要因索是鋼的含碳量，更確切地說(shuō)是淬火加熱時(shí)固溶在奧氏體中的含碳量，含碳量越離，鋼的淬硬性也就越高。而鋼中合金元素對(duì)淬硬性的影響不大，但對(duì)鋼的淬透性卻有重大影響。
淬透性是指在規(guī)定條件下，決定鋼材淬硬深度和硬度分布的特性。即鋼淬火時(shí)得到淬硬層深度大小的能力，它是鋼材固有的一種屬性。淬透性實(shí)際上反映了鋼在淬火時(shí)，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的容易程度。它主要和鋼的過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性有關(guān)，或者說(shuō)與鋼的臨界淬火冷卻速度有關(guān)。
還應(yīng)指出：必須把鋼的淬透性和鋼件在具體淬火條件下的有效淬硬深度區(qū)分開(kāi)來(lái)。鋼的淬透性是鋼材本身所固有的屬性，它只取決于其本身的內(nèi)部因素，而與外部因素?zé)o關(guān)；而鋼的有效淬硬深度除取決于鋼材的淬透性外，還與所采用的冷卻介質(zhì)、工件尺寸等外部因索有關(guān)，例如在同樣奧氏體化的條件下，同一種鋼的淬透性是相同的，但是水淬比油淬的有效淬硬深度大，小件比大件的有效淬硬深度大，這決不能說(shuō)水淬比油淬的淬透性髙。也不能說(shuō)小件比大件的淬透性高。可見(jiàn)評(píng)價(jià)鋼的淬透性，必須排除工件形狀、尺寸大小、冷卻介質(zhì)等外部因素的影響。
另外，由于淬透性和淬硬性也是兩個(gè)概念，因此淬火后硬度髙的鋼，不一定淬透性就髙；而硬度低的鋼也可能具有很髙的淬透性。
2.影響淬透性的因素
鋼的淬透性取決于奧氏體的穩(wěn)定性。凡是能提高過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性，使C曲線右移, 從而降低臨界冷卻速度的因素，都能提髙鋼的淬透性。奧氏體的穩(wěn)定性主要取決于它的化學(xué)成分、晶粒大小和成分均勻性，這些與鋼的化學(xué)成分和加熱條件有關(guān)。
3.淬透性的測(cè)定方法
鋼的淬透性的測(cè)定方法很多，常用的有臨界直徑測(cè)定法和端淬試驗(yàn)法。
(1)臨界直徑測(cè)定法
鋼材在某種介質(zhì)中淬冷后，心部得到全部馬氏體或50％馬氏體組織時(shí)的最大直徑稱為臨界直徑，以Dc表示。臨界直徑測(cè)定法就是制作一系列直徑不同的圓棒，淬火后分別測(cè)定各試樣截面上沿直徑分布的硬度U曲線，從中找出中心恰為半馬氏體組織的畫(huà)棒，該圓棒直徑即為臨界直徑。臨界直徑越大，表明鋼的淬透性越高。
(2)端淬試驗(yàn)法
端淬試驗(yàn)法是用標(biāo)準(zhǔn)尺寸的端淬試樣（Ф25mm×100mm)，經(jīng)奧氏體化后，在專用設(shè)備上對(duì)其一端面噴水冷卻，冷卻后沿軸線方向測(cè)出硬度-距水冷端距離的關(guān)系曲線的試驗(yàn)方法。 端淬試驗(yàn)法是猁定鋼的淬透性的方法之一，其優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)便，適用范圍廣。
4.淬火應(yīng)力、變形及開(kāi)裂
（1）淬火時(shí)工件的內(nèi)應(yīng)力
工件在淬火介質(zhì)中迅速冷卻時(shí)，由于工件具有一定尺寸，熱傳導(dǎo)系數(shù)也為一定值，因此在冷卻過(guò)程中工件內(nèi)沿截面將產(chǎn)生一定溫度梯度，表面溫度低，心部溫度高，表面和心部存在著溫度差。在工件冷卻過(guò)程中還伴隨著兩種物理現(xiàn)象：一是熱膨脹，隨著溫度下降，工件線長(zhǎng)度將收縮；另一個(gè)是當(dāng)溫度下降到馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)時(shí)發(fā)生奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變，這將使比體積增大。由于冷卻過(guò)程中存在著溫差，因而沿工件截面不同部位熱膨脹量將不同，工件不同部位將產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力；由于工件內(nèi)溫差的存在，還可能出現(xiàn)溫度下降快的部位低于點(diǎn)，發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，體積脹大，而溫度髙的部位尚高于點(diǎn)，仍處于奧氏體狀態(tài)，這不同部 位由于比體積變化的差別，也將產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。因此，在淬火冷卻過(guò)程中可能產(chǎn)生兩種內(nèi)應(yīng)力：一種是熱應(yīng)力；另一種是組織應(yīng)力。
根據(jù)內(nèi)應(yīng)力的存在時(shí)間特性還可分為瞬時(shí)應(yīng)力和殘余應(yīng)力。工件在冷卻過(guò)程中某一時(shí)刻所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力叫瞬時(shí)應(yīng)力；工件冷卻終了，殘存于工件內(nèi)部的應(yīng)力稱為殘余應(yīng)力。
熱應(yīng)力是指工件在加熱（或冷卻）時(shí)，由于不同部位的溫度差異，而導(dǎo)致熱脹（或冷縮）的不一致所引起的應(yīng)力。
現(xiàn)以一實(shí)心圓柱體為例，說(shuō)明其冷卻過(guò)程中內(nèi)應(yīng)力的形成及變化規(guī)律。這里僅討論其軸向應(yīng)力。冷卻剛開(kāi)始時(shí)，由于表面冷卻快，溫度低，收縮多，而心部則冷卻悝，溫度髙，收縮小，表里相互牽制的結(jié)果，就在表層產(chǎn)生了拉應(yīng)力，心部則承受著壓應(yīng)力。隨著冷卻的進(jìn)行，表里溫差增大，其內(nèi)應(yīng)力也相應(yīng)增大，當(dāng)應(yīng)力增大到超過(guò)該溫度下的屈服強(qiáng)度時(shí)，便產(chǎn)生了塑性變形。由于心部的渥度髙于表層，因而總是心部先行沿軸向收縮。塑性變形的結(jié) 果，使其內(nèi)應(yīng)力不再增大。冷卻到一定時(shí)間后，表層溫度的降低將逐漸減慢，則其收縮量也逐漸減小。而此時(shí)心部則仍在不斷收縮，于是表層的拉應(yīng)力及心部壓應(yīng)力將逐漸減小，直至消失。但是隨著冷卻的繼續(xù)進(jìn)行，表層濕度越來(lái)越低，收縮量也越來(lái)越少，甚至停止收縮。而心部由于溫度尚高，還要不斷地收縮，最后在工件表層形成壓應(yīng)力，而心部則為拉應(yīng)力， 但由于溫度已低，不易產(chǎn)生塑性變形，所以這應(yīng)力將隨冷卻的進(jìn)行而不斷增大，并最后保留于工件內(nèi)部，成為殘余應(yīng)力。
由此可見(jiàn)，冷卻過(guò)程中的熱應(yīng)力開(kāi)始是使表層受拉，心部受壓，而最后留下的殘余應(yīng)力則是表層受壓，心部受拉。
綜上所述，淬火冷卻時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力是由于冷卻過(guò)程中截面溫度差所造成的，冷卻速度越大，截面溫差越大，則產(chǎn)生的熱應(yīng)力越大。在相同冷卻介質(zhì)條件下.工件加熱溫度越高、 尺寸越大、鋼材熱傳導(dǎo)系數(shù)越小，工件內(nèi)溫差越大，熱應(yīng)力越大。工件若在高溫時(shí)冷卻不均 勻，將會(huì)發(fā)生扭曲變形。工件若在冷卻過(guò)程中產(chǎn)生的瞬時(shí)拉應(yīng)力大于材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生淬火裂紋。
相變應(yīng)力是指熱處理過(guò)程中由于工件各部位相轉(zhuǎn)變的不同時(shí)性所引起的應(yīng)力，又稱組織應(yīng)力。
淬火快冷時(shí)，當(dāng)表層冷至Ms點(diǎn)，即產(chǎn)生馬氏體轉(zhuǎn)變，并引起體積膨脹。但由于受到還 沒(méi)進(jìn)行轉(zhuǎn)變的心部的阻礙，使表層產(chǎn)生壓應(yīng)力，而心部則為拉應(yīng)力，應(yīng)力足夠大時(shí)，即會(huì)引起變形。當(dāng)心部冷至Ms點(diǎn)時(shí)，也要進(jìn)行馬氏體轉(zhuǎn)變，并體積膨脹，但由于受到已經(jīng)轉(zhuǎn)變的 塑性低、強(qiáng)度高的表層的牽制，因此其最后的殘余應(yīng)力將呈表面受拉，心部受壓。由此可見(jiàn)，相變應(yīng)力的變化情況及最后狀態(tài)，恰巧與熱應(yīng)力相反。而且由于相變應(yīng)力產(chǎn)生于塑性較低的低溫下，此時(shí)變形困難，所以相變應(yīng)力更易于導(dǎo)致工件的開(kāi)裂。
影響相變應(yīng)力大小的因素很多，鋼在馬氏體轉(zhuǎn)變溫度范圍的冷卻速度越快、鋼件的尺寸越大、鋼的導(dǎo)熱性越差、馬氏體的比體積越大，其相變應(yīng)力就越大。另外，相變應(yīng)力還與鋼的成分、鋼的淬透性有關(guān)，例如，高碳髙合金鋼由于含碳量高而增大馬氏體的比體積，這本應(yīng)增加鋼的相變應(yīng)力，但隨著含碳量升高而使Ms點(diǎn)下降，又使淬火后存在著大量殘余奧氏體，其體積膨脹量減小，殘余應(yīng)力就低。
（2）淬火時(shí)工件的變形
淬火時(shí)，工件發(fā)生的變形主要有兩類：一類是工件幾何形狀的變化，它表現(xiàn)為尺寸及外形的變化，常稱為翹曲變形，是淬火應(yīng)力所引起的；另一類是體積變形，它表現(xiàn)為工件體積按比例脹大或縮小，是相變時(shí)的比體積變化所引起的。
翹曲變形又包括形狀變形和扭曲變形。扭曲變形主要是加熱時(shí)工件在爐內(nèi)放置不當(dāng)，或者淬火前經(jīng)變形校正后沒(méi)有定型處理，或者是由于工件冷卻時(shí)工件各部位冷卻不均勻所造成的。這種變形可以針對(duì)具體情況分析解決。下面主要討論體積變形和形狀變形。
1)淬火變形的原因及其變化規(guī)律
?組織轉(zhuǎn)變引起的體積變形 工件在淬火前的組織狀態(tài)一般為珠光體型，即鐵素體和滲碳體的混合組織，而淬火后為馬氏體型組織。這些組織的比體積不同，將引起淬火前后體積變化，從而產(chǎn)生變形。但這種變形只按比例使工件脹縮，因而不改變工件形狀。
另外，熱處理后組織中的馬氏體量越多，或者馬氏體中含碳量越高，則其體積膨脹就越多，而如殘余奧氏體量越多，則體積膨脹就越少。因此熱處理時(shí)可以通過(guò)控制馬氏體和殘余輿氏體的相對(duì)含量來(lái)控制其體積變化，如控制得當(dāng)，可使其體積旣不膨脹，也不縮小。
?熱應(yīng)力引起的形狀變形 熱應(yīng)力引起的變形發(fā)生在鋼件屈脤強(qiáng)度較低、塑性較高、而表面冷卻快、工件內(nèi)外溫差最大的髙溫區(qū)。此時(shí)瞬時(shí)熱應(yīng)力為表面張應(yīng)力和心部壓應(yīng)力， 由于這時(shí)心部溫度高，屈服強(qiáng)度比表面低得多，因此表現(xiàn)為在多向壓應(yīng)力作用下的變形，即立方體向呈球形方向變化。其結(jié)果是尺寸較大的一方縮小，而尺寸較小的一方則脹大。例如長(zhǎng)圓柱體長(zhǎng)度方向縮短，直徑方向脹大。
?組織應(yīng)力引起的形狀變形 組織應(yīng)力引起的變形也產(chǎn)生在早期組織應(yīng)力最大的時(shí)刻。此時(shí)截面溫差較大，心部溫度較髙，仍處于奧氏體狀態(tài)，塑性較好，屈服強(qiáng)度較低。瞬時(shí)組織應(yīng)力是表面壓應(yīng)力和心部拉應(yīng)力。因此變形表現(xiàn)為心部在多向拉應(yīng)力作用下的拉長(zhǎng)，其結(jié)果是在組織應(yīng)力作用下，工件中尺寸較大的一方伸長(zhǎng)，而尺寸較小的一方縮短。例如長(zhǎng)圓柱體組織應(yīng)力引起的變形是長(zhǎng)度伸長(zhǎng)，直徑縮小。
表5.3為各種典型鋼件的淬火變形規(guī)律。
淬火的目的是使過(guò)冷奧氏體進(jìn)行馬氏體或貝氏體轉(zhuǎn)變，得到馬氏體或下貝氏體組織，然后配合以不同溫度的回火，以大幅提高鋼的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度以及韌性等，從而滿足各種機(jī)械零件和工具的不同使用要求。也可以通過(guò)淬火滿足某些特種鋼材的鐵磁性、耐蝕性等特殊的物理、化學(xué)性能。
鋼件在有物態(tài)變化的淬火介質(zhì)中冷卻時(shí)，其冷卻過(guò)出一般分為以下三個(gè)階段：?蒸汽膜階段、沸騰階段、對(duì)流階段。
淬硬性和淬透性是表征鋼材接受淬火能力大小的兩項(xiàng)性能指標(biāo)，它們也是選材、用材的重要依據(jù)。
2）影響淬火變形的因素
影響悴火變形的因素主要為鋼的化學(xué)成分、原始組織、零件的幾何形狀及熱處理工藝等。
（3）淬火裂紋
零件產(chǎn)生裂紋主要發(fā)生在淬火冷卻的后期，即馬氏體相變基本結(jié)束或完全冷卻后，因零件中存在的拉應(yīng)力超過(guò)鋼的斷裂強(qiáng)度而引起脆性破壞。裂紋通常垂直于最大拉伸變形方向，因此零件產(chǎn)生不同形式的裂紋主要取決于所受的應(yīng)力分布狀態(tài)。
常見(jiàn)的淬火裂紋的類型：縱向（軸向）裂紋主要在切向的拉伸應(yīng)力超過(guò)該材料的斷裂強(qiáng)度時(shí)產(chǎn)生；當(dāng)在零件內(nèi)表面形成的大的軸向拉應(yīng)力超過(guò)材料斷裂強(qiáng)度時(shí)形成橫向裂紋 ；網(wǎng)狀裂紋是在表面二向拉伸應(yīng)力作用下形成的；剝離裂紋產(chǎn)生在很薄的淬硬層內(nèi)，當(dāng)應(yīng)力發(fā)生急劇改變并在徑向作用著過(guò)大拉應(yīng)力時(shí)將可能產(chǎn)生這種裂紋。
縱向裂紋又稱軸向裂紋。裂紋產(chǎn)生于零件表層附近最大拉應(yīng)力處，并裂向心部有一定深度，裂紋走向一般平行軸向，但零件存在應(yīng)力集中時(shí)或存在內(nèi)部組織缺陷時(shí)也可改變走向。
工件完全淬透后，容易產(chǎn)生縱向裂紋，這與淬透工件表層存在較大切向拉應(yīng)力有關(guān)，并隨鋼的含碳量提髙，形成縱向裂紋的傾向增大。低碳鋼因馬氏體比體積小，而且熱應(yīng)力作用強(qiáng)，表面存在著很大的殘余壓應(yīng)力，故不易淬裂，隨著含碳量提高，表層壓應(yīng)力減小，組織應(yīng)力作用增強(qiáng)，同時(shí)拉應(yīng)力峰值移向表面層，因此，高碳鋼在過(guò)熱情況下易形成縱向淬裂。
零件尺寸直接影響殘余應(yīng)力大小及分布，其淬裂傾向也不同。在危險(xiǎn)截面尺寸范圍內(nèi)淬火也很容易形成縱向裂紋。此外，鋼的原材料塊陷也往往造成縱向裂紋。由于大多數(shù)鋼件是由軋制成材的，鋼中非金屑夾雜物、碳化物等沿著變形方向分布，致使鋼材各向異性。如工具鋼存在帶狀組織，淬火后其橫向的斷裂強(qiáng)度比縱向小30％?50％外，如果鋼中存在非金屑夾雜物等導(dǎo)致應(yīng)力集中的因索，即使在切向應(yīng)力比軸向應(yīng)力小的情況下也容易形成縱向裂紋。為此，嚴(yán)格控制鋼中非金屬夾雜物、礙化糖級(jí)別是防止淬火裂紋的重要因素。
橫向裂紋和弧形裂紋的內(nèi)應(yīng)力分布特征是：表面受壓應(yīng)力，離開(kāi)表面一定的距離后，壓應(yīng)力變?yōu)楹艽蟮睦瓚?yīng)力，裂紋產(chǎn)生在拉應(yīng)力的蜂值區(qū)域內(nèi)，然后當(dāng)內(nèi)應(yīng)力重新分布或鋼的脆性進(jìn)一步增加時(shí)才蔓延到零件表面。
橫向裂紋常發(fā)生在大型的軸類零件上，如軋輥，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子或其他軸類零件。其裂紋特點(diǎn)是垂直于軸線方向，由內(nèi)往外斷裂，往往在未淬透情況下形成，屬于熱應(yīng)力所引起。大鍛件往往存在著氣孔、夾雜物、鍛造裂縫和白點(diǎn)等冶金缺陷，這些缺陷作為斷裂的起點(diǎn)，在軸向拉應(yīng)力作用下斷裂?；⌒瘟芽p詛是由熱應(yīng)力引起的，通常在零件形狀突變的部位以弧形分布。主要產(chǎn)生于工件內(nèi)部或尖銳棱角、凹槽及孔洞附近，呈弧形分布，當(dāng)直徑或厚度為80?100mm以上的高碳鋼制件淬火沒(méi)有淬透時(shí)，表面呈壓應(yīng)力，心部呈拉應(yīng)力，在淬硬層至非淬硬層的過(guò)渡區(qū)，出現(xiàn)最大拉應(yīng)力，弧形裂紋就發(fā)生在這些區(qū)域。另外在尖銳棱角處的冷卻速度快，全部淬透，在向平緩部位過(guò)渡時(shí)，也就是向未淬硬區(qū)過(guò)渡，此處出現(xiàn)最大拉應(yīng)力區(qū)，因而容易產(chǎn)生弧形裂紋。工件的銷孔、凹槽或中心孔附近的冷卻速度較慢，相應(yīng)的淬硬層較薄，在淬硬過(guò)渡區(qū)附近拉應(yīng)力也易引起弧形裂紋。
網(wǎng)狀裂紋又稱表面龜裂，是一種表面裂紋。裂紋的深度較淺，一般在 0.01?1.5mm左右。這種裂紋的主要特征是：裂紋具有的任意方向與零件的外形無(wú)關(guān)。許 多裂紋相互連接構(gòu)成網(wǎng)狀，且分布較廣。當(dāng)裂紋深度較大時(shí)，如達(dá)到1mm以上，網(wǎng)狀特征消失，變成任意取向或縱向分布的裂紋。網(wǎng)狀裂紋與表面受兩向拉應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)。
表面具有脫碳層的髙碳或滲碳鋼零件，淬火時(shí)容易形成網(wǎng)狀裂紋。這是由于表層比內(nèi)層的馬氏體含碳低，比體積小，淬火時(shí)使聯(lián)碳的表層受到拉應(yīng)力作用。在機(jī)械加工中未完全除去脫磷層的零件在高頻或火焰表面淬火時(shí)也會(huì)形成網(wǎng)狀裂紋，為避免此類裂紋應(yīng)嚴(yán)格控制零 件表面質(zhì)量，熱處理時(shí)應(yīng)盡量防止氧化雎接現(xiàn)象。另外，鍛模使用一定時(shí)間后，型腔中出現(xiàn)的成條排列或網(wǎng)狀的熱疲勞龜裂以及淬火零件在磨削過(guò)程中的裂紋均屬于這種形式。
剝離裂紋產(chǎn)生在表層很窄的區(qū)域內(nèi)，其軸向和切向作用著壓應(yīng)力，徑向?yàn)槔瓚?yīng)力狀態(tài)，裂紋平行于零件表面，表面淬火和滲碳零件冷卻后發(fā)生硬化層的剝落均屬于此類裂紋。它的產(chǎn)生與硬化層內(nèi)組織不均勻有關(guān)，例如合金滲碳鋼以一定速度冷卻后，其滲碳層內(nèi)的組織為：外層極細(xì)珠光體＋碳化物，次層為馬氏體＋殘余奧氏體，內(nèi)層為細(xì)珠光體或極細(xì)珠光體組織。由于次層馬氏體的形成比體積最大，體積膨脹的結(jié)果使表層的軸向、切向作用著壓應(yīng)力,徑向?yàn)槔瓚?yīng)力，并向內(nèi)部發(fā)生應(yīng)力突變，過(guò)渡為壓應(yīng)力狀態(tài)，剝離裂紋產(chǎn)生在應(yīng)力急劇過(guò)渡的極薄區(qū)域內(nèi)。一般情況下，裂紋潛伏在平行于表面的內(nèi)部，嚴(yán)重時(shí)造成表面剝落。若加快或減饅滲碳件的冷速，使?jié)B碳層內(nèi)獲得均勻一致的馬氏體組織或極細(xì)珠光體組織，可防止這類裂紋的產(chǎn)生。此外，髙頻或火焰表面淬火時(shí)，常因表面過(guò)熱，沿硬化層的組織不均勻性也容易形成這類表面裂紋。
顯微裂紋與前述四種裂紋不同，它是由顯微應(yīng)力造成的。高碳工具鋼或滲碳工件淬火過(guò)熱再經(jīng)磨削后出現(xiàn)的沿晶裂紋，以及淬火零件不及時(shí)回火引起的裂紋都與鋼中存在顯微裂紋并隨之?dāng)U張有關(guān)。
顯微裂紋須在顯微鏡下檢查，其通常在原奧氏體晶界處或馬氏體片的交界處產(chǎn)生，有的裂紋穿過(guò)馬氏體片。研究表明，顯微裂紋多見(jiàn)于片狀孿晶馬氏體中，原因是片狀馬氏體在髙速長(zhǎng)大時(shí)相互撞擊產(chǎn)生很高的應(yīng)力，而孿晶馬氏體本身性脆，不能產(chǎn)生塑性變形使應(yīng)力松弛，因而易產(chǎn)生顯微裂紋。奧氏體晶粒粗大，產(chǎn)生顯微裂紋的敏感性增大，鋼中存在顯微裂紋會(huì)顯著降低淬火零件的強(qiáng)度和塑性，從而導(dǎo)致零件早期破壞（斷裂）。
避免高碳鋼零件的顯微裂紋，可采取較低的淬火加熱溫度、獲得細(xì)小馬氏體組織，并降低馬氏體中含碳量等措施。此外，淬火后及時(shí)回火是減少內(nèi)應(yīng)力的有效方法。試驗(yàn)證明，經(jīng)200℃以上充分回火，在顯傲裂紋處析出的碳化物有“焊合”裂紋作用，這可顯著降低顯微裂紋的危害。
以上為依照裂紋分布形態(tài)討論裂紋成因和防止辦法。實(shí)際生產(chǎn)中因鋼材質(zhì)量、零件形狀以及冷熱加工工藝等因索影響，使裂紋的分布不盡相同。有時(shí)熱處理前已存在裂紋，在淬火過(guò)程中裂紋進(jìn)一步擴(kuò)大；有時(shí)也可能同一零件幾種形式的裂紋同時(shí)出現(xiàn)。對(duì)此種種情況則應(yīng)根據(jù)裂紋的形態(tài)特征、斷口的宏觀分析、金相檢査，在必要時(shí)配合化學(xué)分析等方法,從材料質(zhì)量、組織結(jié)構(gòu)到產(chǎn)生熱處理應(yīng)力的原因來(lái)綜合分析,尋找產(chǎn)生裂紋的主要原因，然后確定有效的防止措施。
裂紋的斷口分析是分析產(chǎn)生裂紋原因的重要方法。任何斷口都有一個(gè)發(fā)生裂紋的起點(diǎn)。淬火裂紋通常以放射狀裂痕的收斂點(diǎn)為裂紋的起點(diǎn)。若裂紋的起點(diǎn)存在于棗件表面,說(shuō)明裂紋是在表面承受過(guò)大拉應(yīng)力造成的。倘若表面不存在夾雜物等組織缺陷，而有嚴(yán)重刀痕、氧化皮、鋼件的尖角或結(jié)構(gòu)突變部位等應(yīng)力集中因素，均可促使裂紋的產(chǎn)生。如若裂紋的起點(diǎn)在零件內(nèi)部，則與材料的缺陷或內(nèi)部殘余拉應(yīng)力過(guò)大有關(guān)。正常淬火的 斷口呈灰色細(xì)瓷狀，如果斷口呈深灰色粗糙的狀態(tài)，則是過(guò)熱或原始組織粗大造成的。一般地講，淬火裂紋的玻斷面上應(yīng)無(wú)氧化顏色，裂紋四周也沒(méi)有脫碳現(xiàn)象。假如裂紋四周有脫碳現(xiàn)象或裂紋的斷面上有氧化顔色，則表明零件在未淬火前已存在裂紋，在熱處理應(yīng)力影響下使原裂紋擴(kuò)大。如若在零件裂紋附近看到偏析分布的碳化物、夾雜物，說(shuō)明裂紋與原材料的碳化物嚴(yán)重偏析或存在夾雜物有關(guān)。若裂紋僅出現(xiàn)在零件的尖角或形狀突變部位而又沒(méi)有上述現(xiàn)象，說(shuō)明裂紋是因零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理或防止裂紋的措施不當(dāng)，由過(guò)大的熱處理應(yīng)力造成的。
另外，化學(xué)熱處理和表面淬火零件的裂紋大多呈現(xiàn)在硬化層附近，改善硬化層組織、降低熱處理應(yīng)力是避免表面裂紋的重要途徑。
