淬火应力的作用与预防措施

1.淬火应力的作用

钢件在淬火冷却末期的组织转变过程中及冷却终止以后，有时产生裂纹而致使钢件报废。这种淬火裂纹是由于淬火应力的作用而产生的脆性开裂。

一般淬火钢，在表面或表层附近所具有的拉应力接近或超过钢的破断抗力时，便可能产生裂纹。如果钢件淬火后淬硬层较浅时，或进行各种表面化学热处理时，或进行高频淬火等表面淬火时，能够在钢件表层及其附近形成压应力，则可以有效地防止裂纹的产生。钢件表层及其附近的淬火拉应力是形成表面纵向裂纹的主要危险。

如果淬火后的工件心部拉应力过大，将导致钢件形成内部的弧形裂纹。例如套筒或有孔的零件，未淬透时的淬火裂纹多半产生在孔的内侧。这是因为孔的内侧冷却效果较差，淬火时组织应力起了主导作用，即在孔的内侧表面呈现较大的拉应力。为了防止这种裂纹，需要增大孔内侧的冷却速度，以增大热应力的作用，用来抵消一部分组织应力的作用，这样可以避免形成裂纹。

圆柱形碳钢件在水中淬火时的开裂危险尺寸为ϕ12～ϕ14mm，圆柱合金钢在油中淬火时的开裂危险尺寸为ϕ25～ϕ40mm。

钢件直径较大时，因热应力占优势，从而使表面的拉应力降低或呈现压应力，因此不易产生裂纹。当钢件直径较小时，则因产生的应力值较低也不易于形成裂纹。另外，油淬时的淬火应力小于水淬时的淬火应力，所以形成淬火裂纹的危险尺寸大于水淬钢。

2.淬火应力的预防与消除方法

（1）回火对淬火应力的去除作用 回火的重要作用之一，就是消除淬火钢中的残留应力。

1）回火温度对消除淬火应力的影响极大。回火温度越高，则淬火应力的消除越彻底。回火温度达到315℃可以消除60%应力，只有达到500～600℃或更高的温度时，淬火应力才能接近全部去除。

为消除淬火应力而选择回火温度时，必须使回火处理在保证力学性能（如硬度等）的条件下进行。因此，对于高硬度钢件，为了防止淬火件的时效裂纹，常采用200℃左右的回火；对于结构钢来说，回火温度需要采用较高的温度。例如，消除机械加工应力的去应力处理（或高温回火），其温度一般都在600～700℃或更高些。消除淬火应力对减少变形和开裂有重要意义。(www.xing528.com)

2）回火时间对残留应力的影响。结构钢回火的开始时期，淬火应力的降低非常激烈，而过长的回火时间，对应力的降低影响不大。

3）回火后的冷却速度对内应力的影响。有人认为回火冷却制度不当亦可在工件中引起新的内应力。因此，目前在重型机械厂中为了防止回火冷却过程出现新的较大应力，在大件回火时普遍采用炉中缓冷到100～120℃，然后出炉空冷的回火工艺。这种做法是否必要则是需要研究的问题。也有人认为，大件高温回火后产生残留应力是由于金属在高塑性和低弹性的温度区域内快冷时，其表面产生了剪切变形的缘故。至于金属在随后的弹性区域内冷却时产生的弹性应力，将随弹性变形的消失而消失。因此提出在高温弹塑性区域内必须缓冷，而在低温（300～400℃）的弹性区域内可以快冷。实践数据证明这个观点具有可靠性。

回火是用以消除或减少淬火应力的主要措施。钢件淬火后立即进行回火，以迅速减少淬火应力，是减小变形和防止裂纹的重要方法。对于淬火变形要求严格且精密的钢件，在机械加工工序中插入高温回火处理以消除应力是极为有效的措施。

（2）钢件表面淬火应力的去除 表面淬火时，在淬硬层部分一般都具有压应力，对于这种有利于疲劳性能提高的表面压应力完全去除也是无必要的。因此，一般表面淬火钢件的回火温度通常在（200±20）℃。这样既能保持高的表面硬度和良好耐磨性，又能使组织趋于稳定化和改善其他力学性能指标。对于局部表面淬火的钢件，在被淬火的部分附近（即淬火层与未淬火部分交界处）发生有害的拉应力，通过回火可以得到有效地降低。

（3）应用回火法去除淬火应力的注意事项

1）应用回火去除淬火应力，必须注意保证钢件力学性能的要求（即硬度、强度等不过于降低）。对于上面所述的低碳钢和中碳钢来说，不过多地降低其硬度和强度，消除淬火应力还是可能的。但对于冷作加工的钢材及非铁金属合金（铜合金及铝合金等），采用加热以消除残留应力，则很难避免硬度和强度的降低。

2）去除应力时，可能伴随有变形的发生，应设法避免和补救。

3）回火加热去除残留应力时，要注意防止钢的回火脆性。因此，对不同钢材要根据技术要求，在保证力学性能的条件下，恰当地选定回火温度是十分重要的。