原始组织对环境的影响

除了钢中的化学成分以外，淬火前的原始组织结构对淬裂的影响也很大。例如，片状珠光体、马氏体和贝氏体等非平衡组织、网状碳化物、非金属夹杂物、锻造过热组织及流线等均可能导致或促发淬火裂纹。

1.珠光体形态的影响

珠光体分为粗片状珠光体、细珠光体、极细珠光体，还有点状珠光体、细粒状珠光体、球化珠光体等。这些组织都是在铁素体基体上分布着不同形态的碳化物，它们具有不同的淬火裂纹敏感性，如图14-20所示^[3]。图中纵坐标为淬火裂纹的点数，点数越多，淬裂倾向越大。可见，粒状珠光体比片状珠光体的淬裂倾向小。

珠光体组织越细，奥氏体形成速度越快。例如，在760℃等温分解时，珠光体的片层间距从0.5μm减薄到0.1μm，奥氏体长大速度增加近7倍。珠光体中碳化物的形状对奥氏体形成速度也有影响，片状珠光体的相界面面积较大，渗碳体较薄，较粒状渗碳体易于溶解，所以奥氏体形成较快。在相同的加热条件下，细片状珠光体完成向奥氏体的转变最快，并先行晶粒长大及均匀化，因而易于过热，淬火时得到较粗大的马氏体，无疑淬裂倾向最大。

图14-20 不同形态珠光体组织对淬裂敏感性的影响

1—细片状珠光体 2—点状珠光体 3—细粒状珠光体 4—粗粒状珠光体

在淬火温度下，粒状或片状的渗碳体即使已全部溶解，但由于扩散均匀化所需的时间较长，在一般的保温时间内难以完成。尤其是在表面淬火或无保温淬火加热工艺下，奥氏体成分是不均匀的，在原碳化物部位含碳量较高，碳化物形成元素的含量也较多，而原来铁素体部位的含碳量仍低，淬火后得到的马氏体也是不均匀的，在高碳区形成的马氏体较脆，这种马氏体的韧性较差。

2.非平衡组织的影响

淬火处理一般采用平衡或接近平衡的铁素体-珠光体类作为原始组织，而不采用非平衡组织，如淬火马氏体、回火马氏体、贝氏体、魏氏组织等。因为这些非平衡组织在加热淬火时可能发生组织“遗传”，这不仅不能校正过热组织，反而会更加倾向于过热。高速工具钢重复淬火会形成萘状组织。高碳高合金钢的马氏体性能较脆，导热性较差，加热时容易开裂，因此，需将非平衡组织进行退火或正火，切断“遗传”，再加热淬火，以防止淬火裂纹。(www.xing528.com)

有时也可以采用非平衡组织进行淬火加热。试验发现，将低、中碳合金钢的马氏体、回火马氏体及贝氏体加热奥氏体化，在Ac₁以上温度采用较快的速度加热，短时保温，使非平衡组织直接形成球形奥氏体晶粒，由于形核率高，可得到很细小的奥氏体晶粒，提高强度，改善韧性。超细化处理技术就是利用了M→γ→M的热循环相变，使奥氏体晶粒显著细化的。

对于高碳钢也有用非平衡组织加热淬火的，如将GCr15钢加热到1040℃奥氏体化后等温淬火，得到上贝氏体组织，并以此作为原始组织，再加热到840℃淬火，可使碳化物超细化。看来，采用非平衡组织作为原始组织不一定导致淬火开裂。具有粗大原始奥氏体晶粒的钢采用非平衡组织奥氏体化时，若在Ac₁～Ac_m范围慢速加热或保温后，再加热到Ac₃以上进行最终奥氏体化，则容易出现异常粗大晶粒。这种不适当的工艺条件会引起淬火裂纹，因此，改进工艺条件，对某些钢件也可以采用非平衡组织进行淬火，但要注意它对淬裂的影响。

图14-21 Cr12MoV钢的网状碳化物

3.碳化物不均匀性的影响

所谓碳化物不均匀性，主要是指碳化物液析、碳化物带状、碳化物网状及碳化物颗粒的大小和分布不均匀等，它们可能成为断裂源。普遍认为不均匀碳化物增加钢的淬裂倾向，这在高碳高合金的Cr12型钢及高速工具钢中表现最为突出。这类钢在冶炼浇注时产生严重的偏析，大量的莱氏体共晶碳化物堆集于奥氏体晶粒周围，有时呈网状分布，如图14-21所示。这些碳化物在锻、轧成形过程中虽然可被破碎，但在不同程度上仍保留着各种形式的不均匀性。在淬火加热条件下，具有粗大网络状和密集条带状的碳化物难以充分溶解，造成钢材的各向异性，尤其是横向性能显著降低。碳化物不均匀程度越大，其抗弯强度、塑性及韧性越低。在相同加热条件下，碳化物堆集处碳和合金元素含量偏高，该处熔点低，易出现过烧，该处的奥氏体稳定性大，马氏体点低；而碳化物分布少的部位Ms点高，这样就导致了马氏体转变的不均匀性和不等时性。当碳和合金元素的富集区向马氏体转化时，低浓度区已完成马氏体转变而处于硬化状态，这就造成较大的组织应力，因而增大了淬裂倾向。高速工具钢碳化物偏析达到5级以上时，若按正常温度淬火，淬裂敏感性激增。

当碳素工具钢和低合金工具钢中的二次渗碳体或过剩碳化物沿晶界呈网状分布时，裂纹经常沿碳化物网扩展，淬裂倾向较大。网状碳化物要采用正火来消除。钢锭在热变形时，富碳富铬区域沿轧制方向延伸，结果在钢材中形成带状碳化物。在淬火加热温度下，带间的低碳低铬区域容易过热，淬火得到片状马氏体；而带上的富碳富铬区未溶碳化物较多，不易过热，淬火得到隐晶马氏体，还可能形成一部分托氏体，导致性能不均、各向异性、纵向性能高于横向，从而增加淬火变形和开裂倾向。

在工具钢和轴承钢中，钢锭在凝固过程中形成液析碳化物，它是一次碳化物，颗粒大、硬度高、脆性大，与基体结合差，大块碳化物内部的晶界和微裂纹是断裂源。因此，液析碳化物增大淬火开裂倾向。