真空镀膜的高温时效处理——消除光学零件内应力的探讨--《光学技术》1993年05期
真空镀膜的高温时效处理——消除光学零件内应力的探讨
【摘要】：光零件从毛坯到制成品的冷加工,特别是真空镀膜的过程中,内应力的存在,不仅使零件各部分的光学常数不均匀,影响零件的成像质量,而且严重的会引起炸裂、镀膜脱膜、裂膜等现像,因而会大大降低光学零件加工的成品率。本文在总结生产试验的基础上,探讨了利用高温时效精密退火的方法,消除光学零件的内应力,并给出了消除真空镀膜零件内应力的温度时间曲线。
【作者单位】：
【关键词】：
【正文快照】：
一、内应力的来源 总括起来,光学零件的内应力存在于光学工艺的每道工序中。从毛坯的炼制、粗磨、精磨、抛光、刻划、镀膜和胶合等过程,应力无不存在,只不过由于物理的、机械的和化学的作用方式不同,各阶段的应力大小和利弊程度不一样。我们把凡残留在零件内的,对零件光学常
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模具钢淬火为什么会产生这些裂纹？分别有什么预防措施？
& ⑴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，心部转变为比热容最大的淬火马氏体，产生的切向拉应力，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、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。
预防措施：
①&&& 对原材料入库进行严格检查，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。
⑵横向裂纹
裂纹特征是垂直于轴向的，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也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、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。
预防措施：
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均匀分布于钢基体，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店以上快冷，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，大幅度降低淬火马氏体时的组织应力。当钢中热应力与相应应力总和为正（张应力）时，则易淬裂，为负时，则不易淬裂。充分利用热应力，降低相变应力，控制应力总和为负，能有效避免横向淬火裂纹发生。CL-1有机淬火介质是较理想淬火剂，同时可减少和避免淬火模具畸变，还可控制硬化层合理分布。调整CL-1淬火剂不同浓度配比，可得到不同冷却速度，获得所需硬化层分布，满足不同模具钢需求。
⑶弧状裂纹
常发生在模具棱角、缺口、孔穴、凹模接线切边等形状突变处。这是因为淬火时棱角处产生的应力是平滑表面平均应力的10倍。
①&&& 钢中含碳量和合金元素含量愈高，钢Ms点愈低，Ms点降低2℃，则淬裂倾向增加1.2倍，Ms点降低8℃。淬裂倾向则增加8倍。
②&&& 钢中不同组织转变和相同组织转变不同时性，由于不同组织比热容差，造成巨大组织应力，导致组织交界处形成弧状裂纹；
③&&& 淬火后未及时回火，或回火不充分，钢中残余奥氏体未充分转变，保留在使用状态中，促进应力重新分布，或模具工作时残余奥氏体发生马氏体相变产生新的内应力，当综合应力大于该钢强度极限时便形成弧状裂纹。
④&&& 具有第二类回火脆性钢，淬火后高温回火缓冷，导致钢中P、S等有害杂质化合物沿晶界析出，大大降低晶界结合力和韧性，增加脆性，工作时在外力作用下形成弧状裂纹。
①&&& 改进设计，尽量使形状对称，减少形状突变，增加工艺孔与加强筋或采用组合装配。
②&&& 圆角代直角及尖角锐边，贯穿孔代盲孔，提高加工精度和降低表面粗糙度，减少应力集中源。对于无法表面直角、尖角锐边、盲孔等处一般硬度要求不高，可用铁丝、石棉绳、耐火泥等进行包扎或填塞，人为造成冷却屏障，使之缓慢冷却淬火，避免应力集中，防止淬火时弧状裂纹形成。
③&&& 淬火模具钢应及时回火，消除部分淬火内应力，防止淬火应力扩展。
④&&& 较长时间回火，提高模具断裂韧性值。
⑤&&& 充分回火，得到稳定组织性能，多次回火使残余奥氏体转变充分和消除新的应力。
⑥&&& 合理回火，提高钢件疲劳抗力和综合力学性能；对于有第二类回火脆性模具钢高温回火后应快冷（水冷或油冷），可消除二类回火脆性，防止和避免淬火时弧状形成。
⑷剥离裂纹
模具工作时在应力作用下，淬火硬化层一块块从钢的集体中剥离。因模具表层组织和心部组织比热容不同，淬火时表层形成轴向、切向淬火应力，径向产生拉应力，并向内部突变，在应力急剧变化范围较窄处产生剥离裂纹，常发生于经表层化学热处理模具冷却过程中，因表层化学改性与钢的基体相变不同时性，引起内外层淬火马氏体膨胀不同时进行，产生大的相变应力，导致化学处理渗层从基体组织中剥离。如火焰表面淬硬层、高频表面淬硬层，渗碳层、碳氮共渗层、渗氮层、渗硼层、渗金属层等。化学渗层淬火后不宜快速回火，尤其是300℃以下低温回火快速加热，会促使表层形成拉应力，而钢材心部及过渡层形成压缩应力，当拉应力大于压缩应力时，导致化学渗层被拉裂剥离。
①&&& 应使模具钢材化学渗层浓度与硬度由表至内平缓降低，增强渗层与基体结合力，渗后进行扩散处理能使化学渗层与基体过渡均匀。
②&&& 模具钢材化学处理之前进行扩散退火、球化退火、调制处理、充分细化原始组织，能有效防止和避免剥离裂纹产生，确保产品质量。
⑸网状裂纹
裂纹深度较浅，一般深约0.01~1.5mm，呈辐射状，别名龟裂，产生的原因主要有：
①&&& 原材料有较深脱碳层，冷却削加工为去除，或成品模具在氧化气炉中加热造成氧化脱碳；
②&&& 模具脱碳表层金属组织与钢基体马氏体含碳量不同，比热容不同，钢脱碳表层淬火时产生较大的拉应力，因此，表层金属往往沿晶界被拉裂成网状；
③&&& 原材料是粗晶粗钢，原始组织粗大，存在大块状铁素体，常规淬火无法消除，保留在淬火组织中，或控制不准，仪表失灵，发生组织过热，甚至过烧，晶粒粗化，失去晶粒结合力。模具淬火冷却时钢的碳化物沿奥氏体晶界析出，晶界强度大大降低，韧性差，脆性大，在拉应力作用下沿晶界呈网状裂开。
①&&& 严格进行原材料化学成分、金相组织和探伤检查，不合格原材料和粗晶粒钢不能做模具材料；
②&&& 选用细晶粒钢、真空电炉钢，投产前复查原材料脱碳层深度，冷切削加工余量必须大于脱碳层深度；
③&&& 制订先进合理热处理工艺，选用微机控温仪表，控制精度达到±1.5℃，并定时现场校验仪表；、
④&&& 模具产品最终处理选用真空电炉、保护气氛炉和经充分脱氧盐浴炉加热模具产品等措施，可有效防止和避免网状裂纹形成。
⑹冷处理裂纹
模具钢多为中、高碳合金钢，淬火后还有部分过冷奥氏体未转变成马氏体，保留在使用状态中成为残余奥氏体，影响使用性能。若置于零度以下继续冷却，能促使残余奥氏体发生马氏体转变，因此，冷处理实质是淬火继续。室温下淬火应力和零度下淬火应力叠加，当叠加应力超过该材料强度限时便形成冷处理裂纹。
①&&& 淬火后冷却处理之前将模具置于沸水中煮30 ~60min，可消除15% ~25%淬火内应力，并使残余奥氏体稳定化，再进行D60℃常规冷处理，或进行D120℃深冷处理，温度愈低，残余奥氏体转变成马氏体量愈多，但不可能全部转变完。实验表明：约有2% ~5%残余奥氏体保留下来，按需要保留少量残余奥氏体可松弛应力，起缓冲作用，因残余奥氏体又软又韧，能部分吸收马氏体急剧膨胀能量，缓和相变应力。
②&&& 冷处理完毕后却出模具投入热水中升温，可消除40% ~60%冷处理应力，升温至室温后应及时回火，冷处理应力进一步消除，避免冷处理裂纹形成，获得稳定组织性能，确保模具产品存放和使用不发生畸变。
⑺磨削裂纹
常发生在模具成品淬火、回火后磨削冷加工过程中，多数形成的细微裂纹与磨削方向垂直，深约0.05 ~1.0mm
①&&& 原材料预处理不当，未能充分消除原材料块状、网状、带状碳化物和发生严重脱碳。
②&&& 最终淬火加热温度过高，发生过热，晶粒粗大，生成较多残余奥氏体。
③&&& 在磨削时发生应力诱发相变，使残余奥氏体转变为马氏体，组织应力大，加上因回火不充分，留有较多残余拉应力，与磨削组织应力叠加，或因磨削速度、进刀量大及冷却不当，导致金属表层磨削急剧升温至淬火加热温度，随之磨削液冷却，造成磨削表层二次淬火，多种应力综合，超过该材料强度极限，便引起表层金属磨削裂纹。
①&&& 对原材料进行该锻，多次双十字形变向镦拔锻造，经四镦四拔，使锻造纤维组织围绕型腔或轴线呈波浪形对称分布，并使用高温余热进行淬火。接着高温回火，能充分消除块状、网状、带状和链状碳化物，使碳化物细化至2 ~3级。
②&&& 制订先进的热处理工艺，控制最终淬火残余奥氏体含量不超标。
③&&& 淬火后及时进行回火，消除淬火应力。
④&&& 适当降低磨削速度、磨削量、磨削冷却速度，能有效防止和避免磨削裂纹形成。
⑻线切割裂纹
该裂纹出现在经过淬火，回火的钢材。在线切割加工过程中，改变了金属表层、中间层和心部应力场分布状态，淬火残余应力失去平衡变形，某一区域出现大的拉应力，此拉应力大于该模具材料强度极限时导致炸裂，实验证明，线切割过程是局部高温放电和迅速冷却过程，使金属表层形成树枝状铸态组织凝固层，产生600 ~900MPa拉应力和厚约0.03mm的高应力二次淬火白亮层。
裂纹产生的原因:
①&&& 原材料存在严重的碳化物偏析；
②&&& 仪表失灵，淬火加热温度过高，晶粒粗大，降低材料韧性，增加脆性；
③&&& 淬火工件为未及时回火和回火不充分，存在过大的残余内应力和线切割过程中形成的新内应力叠加，导致线切割裂纹。
①&&& 严格进行原材料入库前检查，确保原材料组织成分合格，对不合格原材料必须进行改锻，击碎碳化物，使化学成分、金相组织等达到技术条件后方可投产，模块热处理前加工成品需留足一定磨量后淬火、回火、线切割；
②&&& 入炉仟校验仪表，选用微机控温，控温精度±1.5℃的真空炉、保护气氛炉加热，严防过热和氧化脱碳；
③&&& 采用分级淬火，等温淬火和淬火后及时回火，多次回火，充分消除内应力，为线切割创造条件；
④&&& 制订科学合理线切割工艺。
⑼疲劳断裂
模具在工作时在交变应力反复作用下形成的显微疲劳裂纹缓慢扩展，导致突然疲劳断裂。
①&&& 原材料存在发纹、白点、孔隙、疏松、非金属夹杂、碳化物严重偏析、带状组织、块状游离铁素体冶金组织缺陷，破坏了基体组织连续性，形成不均匀应力集中。钢中存在Bi、Pb、Sn、As和S、P等有害杂质，钢中的P易引起冷脆，而S易引起热脆，S、P有害杂质超标均易形成疲劳源。
②&&& 化学渗层过厚、浓度过大、渗层过渡、硬化层过浅、过渡区硬度低等都可以导致材料疲劳强度急剧降低。
③&&& 当模具表面加工粗糙度高、精度低，以及刀纹、刻字、划痕、碰伤、腐蚀麻面等也易引起应力集中导致疲劳断裂。
预防措施：
①&&& 严格选材，确保材质，控制Pb、Sn、As等低熔点杂质与S、P非金属杂质含量不超标；
②&&& 投产前进行材质检查，不合格原材料不投产；
③&&& 选用杂质少、化学成分均匀、晶粒细，碳化物小，等向性能好、疲劳强度高等特点的电渣重炉精炼刚，对模具型面表面喷丸强化和表面化学渗层改性强化处理，是金属表层为预压应力，抵消模具工作时产生的拉应力，提高模具型面疲劳强度；
④&&& 提高模具型面加工精度和降低表面粗糙度；
⑤&&& 改善化学渗层和硬化层组织性能，采用微机控制化学渗层厚度、浓度和硬化层厚度。
⑽应力腐蚀裂纹
该裂纹常发生在使用过程中，金属模具因加工过程中的化学反应，引起从表面到内组织结构腐蚀作用而产生开裂，这就是应力腐蚀裂纹，模具因热处理后组织不同，抗蚀性能也不同，最耐蚀组织为奥氏体（Ac），最易腐蚀组织为屈氏体（T），依次为铁素体（F）―马氏体（M）―珠光体（P）―索氏体（S）。因此，模具热处理不宜得到T组织。钢淬火后虽经回火，但如果回火不充分，淬火内应力或多或少依然存在，模具工作时在外应力作用力也会产生新的应力，凡有应力存在于金属模具中就会有应力腐蚀裂纹发生。
①&&& 模具钢材淬火后应及时回火，充分回火，多次回火，以消除内应力。
②&&& 模具钢材淬火后一般不宜在350~400℃回火，因T组织常在温度出现，发生有T组织常在此温度出现，发生有T组织的模具应重新处理，模具应进行防锈处理，提高抗蚀性能。
③&&& 热作模具工作前进行低温预热，冷作模具工作一个阶段后进行一次低温回火消除应力，不仅能防止和避免应力腐蚀裂纹发生，还可以大幅度提高模具使用寿命，一举两得，有显著技术经济效益。
&&&&下一条：
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高速钢属莱氏体钢，含有大量合金元素，冶炼后形成大量一次共晶碳化物和二次碳化物(约占成分总量的18%～22%)，这对高速钢刀具的淬火质量及使用寿命有很大影响。高速钢淬火温度接近熔点，淬火后组织中仍有25%～35%的残余奥氏体，致使高速钢刀具容易产生裂纹和腐蚀。下面.
高速钢属莱氏体钢，含有大量合金元素，冶炼后形成大量一次共晶碳化物和二次碳化物(约占成分总量的18%～22%)，这对高速钢刀具的淬火质量及使用寿命有很大影响。高速钢淬火温度接近熔点，淬火后组织中仍有25%～35%的残余奥氏体，致使高速钢刀具容易产生裂纹和腐蚀。下面分析影响高速钢刀具淬火裂纹和腐蚀的原因，并提出相应预防措施。 1 高速钢原材料的冶金缺陷高速钢中所含大量碳化物硬而脆，为脆性相。一次共晶碳化物呈粗大骨骼状(或树枝状)分布于钢基体内。钢锭经开坯压延和轧制后，合金碳化物虽有一定程度的破碎和细化，但碳化物偏析依然存在，并沿轧制方向呈带状、全网状、半网状或堆积状分布。碳化物不均匀度随原材料直径或厚度的增加而增加。共晶碳化物相当稳定，常规热处理很难消除，可导致应力集中而成为淬火裂纹源。钢中硫、磷等杂质偏析或超标也是导致淬裂的重要原因。高速钢的导热性和热塑性差、变形抗力大，热加工时易导致金属表层和内层形成微裂纹，最终在淬火时因裂纹扩展而导致材料报废。大型钢锭在冶炼、轧制或锻造等热加工过程中形成的宏观冶金缺陷如疏松、缩孔、气泡、偏析、白点、树枝状结晶、粗晶、夹杂、内裂、发纹、大颗粒碳化物及非金属夹渣等均易导致淬火时应力集中，当应力大于材料强度极限时便会产生淬火裂纹。 预防措施为：①选用小钢锭开坯轧制各种规格的刀具原材料；②选用二次精炼电渣重熔钢锭，它具有纯度高、杂质少、晶粒细、碳化物小、组织均匀、无宏观冶金缺陷等优点；③对不合格原材料进行改锻，击碎材料中的共晶碳化物，使共晶碳化物不均匀度≤3级；④采取高温分级淬火、再高温回火的预处理工艺，通过精确控温等措施，可有效避免高速钢原材料冶金缺陷引起的淬火裂纹。 2 高速钢过热、过烧组织高速钢过热、过烧组织的特点为晶粒显著粗化，合金碳化物出现粘连、角状、拖尾状及沿晶界呈全网状、半网状或连续网状分布；钢组织内部局部熔化出现黑色组织或共晶莱氏体，形成过烧组织，显著降低晶间结合力和钢的强韧性。引起高速钢过热、过烧组织的主要原因有：淬火加热温度过高，测温和控温仪表失准；盐浴炉淬火加热时，因盐浴表面烟雾导致辐射高温计测温出现误差；变压配电盘磁力开关失灵；刀具加热时离电极太近或埋入炉底沉积物中；原材料存在大量角状碳化物或碳化物不均匀度等级太高等。高速钢过热、过烧组织极易导致淬火裂纹。 预防措施为：①严格控制原材料质量，共晶碳化物级别应≤3～3.5级；②原材料入库和投产前应作金相检查，确保无宏观冶金缺陷；③刀具淬火加热前用试片校验高温盐浴炉，检查晶粒等级与淬火加热温度的关系是否合理(参见下表)；④采用微机控温与测温，测温精度达到±1.5℃。 表
W6Mo5Cr4V2高速钢碳化物级别与过热淬火加热温度共晶碳化物不均匀度等级出现过热(晶粒度8#)的淬火温度(±5℃)≤31260℃3.51250℃4.51245℃7.51240℃8.51230℃3 萘状断口萘状断口是高速钢常见的组织缺陷，断口呈鱼鳞状，类似大理石，具有萘的光泽，断口极粗糙，晶粒粗大(可达&O1mm)。由于材料脆性大，强韧性低，高温奥氏体化淬火时容易形成淬火裂纹。在热锻、轧制、压延等热加工时，经℃高温奥氏体化，热塑性变形在5%～10%临界变形、精锻温度不当及重复淬火时未经中间退火(或退火不充分)等因素均易形成萘状断口，导致淬火裂纹。 预防措施为：①合理选择精锻温度，严格控制终锻温度(≤1000℃)，锻后缓冷；②锻坯淬火前应充分退火；③避免在5%～10%临界变形；④进行超晶粒细化处理等。采取以上措施可有效抑制高速钢萘状断口的形成，避免产生淬火裂纹。 4 机械设计与冷加工不当引起应力集中刀具厚薄不均、因棱角、锐边、尖角、沟槽、孔、凸台等形状突变而产生缺口效应以及冷加工表面粗糙、刀纹较深、存在碰伤及打标记等均可导致高速钢刀具淬火时应力集中，从而诱发淬火裂纹。如刀具淬火前存在较大冷加工内应力(尤其是磨削内应力)未予消除，在淬火加热和冷却时将形成多种应力叠加，当叠加应力超过材料强度极限时，将产生淬火裂纹和畸变。 预防措施为：①改进刀具设计，使刀具形状合理、厚薄均匀。厚处可开工艺孔，薄处可增加肋条，变形悬殊处可制成斜坡；②将刀具的棱角、直角、尖角倒圆，孔口处倒角；③冷加工表面光洁度应达到设计要求，防止产生粗大刀纹，用万能笔书写标记；④淬火前通过退火消除冷加工内应力；⑤采用热浴分级淬火、等温淬火等工艺减少组织应力和热应力，避免应力集中。 5 淬火内应力与淬火冷却介质高速钢的组织应力、热应力和附加应力均为淬火内应力。对高速钢进行高温奥氏体化淬火时，过冷奥氏体转变为淬火马氏体，由于前者比容小，后者比容大，钢从收缩状态逆转为膨胀状态，金属内外层相变引起的比容变化不同时性产生的内应力为组织应力。大型刀具的表面和中心以及厚薄不同处因加热和冷却速度不一致形成温度差，导致体积膨胀与收缩不同而产生的内应力为热应力。刀具表面和内部组织结构不均匀以及工具内部弹性变形不一致形成的内应力为附加应力。当以上三种应力之和大于材料的破断抗力时，则形成淬火裂纹。当淬火冷却介质冷速过大，超过该钢种的临界淬火冷速时，则易形成较大的淬火内应力，导致刀具淬裂。当淬火冷却介质冷速过小，小于该钢种临界淬火冷速时，则得不到所需组织性能。获得淬火马氏体转变的最小冷却速度为临界淬火冷却速度。高速钢淬透性极佳，中小型刀具空冷即可淬硬。但用硝盐进行等温淬火时，如硝盐含水过量，可能造成淬火冷却速度过大，或当刀具淬火未冷至室温即转入水中清洗，可使大量过冷残余奥氏体在水中高冷速下转变为淬火马氏体，从而产生大的淬火内应力，导致刀具淬裂。 预防措施为：①选用在钢的C曲线拐点处(鼻部)快冷、在鼻部Ms点以下缓冷的淬火介质(如氯化钙饱和水溶液、C∆-1有机淬火剂、聚乙烯醇水溶液、高锰酸钾淬火液等)作为理想淬火冷却介质；②采用热浴(硝盐浴、碱浴等)分级淬火、等温淬火以及淬火前预处理等措施，细化组织，消除冷、热加工应力，可有效预防和避免淬裂和刀具淬火畸变。 6 氢脆高速钢刀具酸洗、电镀时侵入钢中的初生态氢(H)原子转变为氢分子(H2)时将发生膨胀，产生巨大压力，导致在钢的晶界上发生龟裂，称为氢脆。酸洗是金属氧化物与酸的化学反应，它使金属氧化物变为可溶性盐而脱离金属表层。淬火高速钢有强烈的酸洗氢脆龟裂倾向。通常用硫酸或盐酸酸洗刀具时，其化学反应方程式为 FeO H2SO4&====&FeSO4 H2OFeO HCl&====&FeCl H2OFe H2SO4―→FeSO4 H2↑Fe HCl―→FeCl H2↑预防措施为：①酸洗时，如产生过量初生态氢原子(H)，则需严格控制酸液浓度、温度和酸洗时间；②刀具酸洗和电镀后及时用净水冲洗和中和残酸，并在4小时内进行190～200℃×2～4h的低温时效，使氢气释放，可有效消除氢脆龟裂。 7 冷处理裂纹高速钢刀具经高温奥氏体化，保温后在大于或等于该钢种的临界冷却速度下淬火得到淬火马氏体组织，但尚有部分过冷奥氏体未转变，成为残余奥氏体(AR)(约占25%～35%)。若再进行-60℃～-160℃的液氮冷处理，则可使残余奥氏体转变为马氏体(M)。由于残余奥氏体比容小，马氏体比容大，钢件发生膨胀，将产生较大的二次淬火相变组织应力，并与一次淬火应力叠加，当叠加应力大于该钢种的破断抗力，则会产生冷处理二次淬裂。 预防措施为：①冷处理前将淬火刀具用100℃沸水煮30～40分钟，或低温回火1小时。试验表明，此方法可消除20%～30%的淬火内应力。由于残余奥氏体稍趋稳定，经冷处理后仍可保留2%～5%。残余奥氏体既脆又韧，可吸收马氏体的急剧膨胀能量，松驰及缓和相变应力；②冷处理后将刀具放入室温水(或热水)中升温，可消除50%～60%的冷处理二次淬火应力；③采用多次高温回火等措施，促使残余奥氏体转变为马氏体，可有效预防冷处理裂纹。 8 磨削裂纹高速钢磨削裂纹常发生在磨削加工过程中，裂纹细而浅(深度不到1mm)，呈辐射网状分布于表面，大多与磨削方向垂直，类似淬火网状裂纹，但形成原因不同。当磨削速度较高、进给量较大、冷却不良时，可使钢件表层金属温度急剧升高至淬火加热温度，随后冷却即形成金属表层二次淬火，产生二次淬火应力；当材料存在严重的碳化物偏析未予消除，或淬火刀具中存在较多残余奥氏体未被转变，在磨削加工时则易发生应力诱发相变，促使残余奥氏体转变为马氏体，使组织应力增大，并与磨削加工二次淬火应力相叠加，形成二次淬火表层磨削裂纹。 预防措施为：①降低磨削速度和进给量，选用缓和磨削冷却液；②严格原材料入库和投产前检查，控制材料共晶碳化物级别(≤3级)，超过3级者应进行改锻；③避免过高奥氏体化淬火加热温度，采用计算机控温，采用热浴分级淬火、等温淬火、多次高温回火等措施降低组织应力、热应力和残余奥氏体数量等，可有效避免磨削裂纹。 9 电火花线切割加工显微裂纹火花放电加工时，被熔化的金属有一部分残留在放电点的电蚀坑周围。由于电火花加工在油或水中进行，因此脉冲放电结束后熔化金属迅速冷却凝固，因收缩而产生较大拉应力，使原应力场重新分布，形成厚度0.02～0.10mm的熔化变质层。该变质层为树枝状结晶铸态组织，冷却后形成二次高温淬火硬化层，生成大量极稳定的残余奥氏体。变质层收缩产生的拉应力与变质层二次高温淬火应力相叠加，在变质层上形成显微裂纹，且随着电火花加工电气参数的加大而加深扩大。 预防措施为：①在电火花线切割加工前应充分消除刀具内应力；②严格控制线切割电气参数；③留足磨削及抛光的加工余量，通过后续加工去除变质层；④通过150～200℃×2～4h油浴消除应力回火，防止电火花加工时产生显微裂纹。 10 回火不当引起二次淬火裂纹高速钢刀具具有高温回火二次硬化特性。第一次马氏体淬火后保留了较多残余奥氏体，高温回火时，在回火冷却过程中残余奥氏体相变为马氏体，若在水中或油中快速冷却，形成二次淬火马氏体时将产生较大淬火内应力；如回火时采用火焰或高频快速加热，表层金属将发生收缩，而内部依然为马氏体组织，因比容大而处于膨胀状态，从而使表层产生较大拉应力，与一次、二次淬火应力叠加，导致因回火不当引起二次硬化淬火裂纹。刀具表面脱碳会加速裂纹的形成。 预防措施为：①在保护气氛炉、真空电炉和经充分脱氧的盐浴炉中加热刀具，可防止氧化脱碳；②淬火刀具冷却至该钢种Ms点附近时取出转入缓和冷却介质中，宜在硝盐热浴、碱热浴中分级淬火、等温淬火和在理想冷却介质中淬火；③低温(≤100℃)入炉回火，缓慢升温至≥300℃后可随炉升温至所需回火温度，高温回火保温后出炉空冷至室温，在回火缓冷过程中实现残余奥氏体(AR)→马氏体(M)相变，避免水冷、油冷，防止产生较大二次淬火应力。总之，淬火后及时回火，防止淬火应力萌生与扩大；充分回火，获得稳定组织；多次高温回火，促使残余奥氏体(AR)→马氏体(M)充分转变，并消除二次淬火应力；较长时间和合回火，提高抗断裂韧性和综合力学性能等措施均能有效防止回火不当引起的二次淬火裂纹。 11 刀具腐蚀目前，我国高速钢刀具热处理工艺的淬火加热一般在盐浴炉中进行，回火加热一般在硝盐浴炉中进行。此外必须进行酸洗。 刀具淬火局部加热时，靠近盐浴面以上部位与高温盐浴挥发氯气等有害气体接触，不仅易发生氧化脱碳，而且还会导致液面与空气交界处形成一定宽度的带状麻点腐蚀。预防措施为：采用高温加热包盐法，即刀具整体入盐后，再将局部不淬火加热部位露出液面，使之包上一层粘附盐壳，与空气中的有害气体隔绝，避免腐蚀。 大型整体刀片在高温盐浴炉中淬火加热时，因温度高、保温时间长，易与盐浴中氧化铁(FeO)等有害物质起化学反应而发生腐蚀。预防措施为：严格执行盐浴加热介质热处理技术条件：纯度≥98%，硫酸盐(BaSO4、Na2SO4、K2SO4)等杂质含量≤0.3%，碳酸盐(BaCO3、Na2CO3、K2CO3)等杂质含量≤0.1%，水不溶解物≤0.1%；每一工作班必须对盐浴进行脱氧捞渣，每周掏炉一次，彻底清除炉膛内炉渣杂质。 刀具酸洗时，因酸洗过度或未冲净残酸，使硝酸与硝盐发生化学反应，将引起电化学腐蚀。预防措施为：刀具酸洗后，两次用流动净水冲洗，再彻底中和，并及时喷砂强化，在空气中停放不超过8小时，并采取油封方式，可有效防止酸洗腐蚀。
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