金属热处理缺陷分析及案例

　　本书对热处理缺陷进行了全面系统论述，着重阐述了热处理裂纹、变形超指标、残余应力过大、组织不合格、性能不合格、脆性等常见热处理缺陷，采取理论分析与实际经验相结合的方法，讨论了各种热处理缺陷的特征、产生原因、危害性及预防挽救措施，专门介绍了真空热处理、保护热处理及有色金属热处理可能出现的缺陷；从预防的角度介绍了热处理质量全面控制；最后一章还列举了各种类型热处理缺陷分析的案例。本书可供热处理研究、生产、检验的工程技术人员及管理人员阅读，对机械产品设计、冷热加工工艺和维修人员，以及高等院校金属材料及热处理专业师生也具有重要参考价值。片断：残余应力、组织不合格、性能不合格、脆性及其他缺陷，从发生频率及严重性来讲，相对裂纹和变形，属于第三位，一般统称为第三类热处理缺陷。这类缺陷的特点是一般需用专门仪器和方法来检测，漏检可能性较大，对使用带来较大的潜在危害，所以在热处理生产中要特别重视全面质量控制，加强检验，减少这类缺陷，严防漏检。热处理缺陷产生的原因是多方面的，概括起来可分为热处理前、热处理中、热处理后三方面的原因。热处理前可能因设计不良、原材料或毛坯缺陷等原因，热处理时产生或扩展成热处理缺陷，其责任不在热处理。零件设计中可能因选材不当、热处理技术要求不当、断面急剧变化、锐角过渡、打标记处应力集中等不合理设计，导致热处理缺陷。原材料各种缺陷及热处理前各种加工工序缺陷，在热处理时也可导致热处理缺陷。可能导致热处理缺陷的原材料缺陷有化学成分波动和不均匀、杂质元素偏多、严重偏析、非金属夹杂物、疏松、带状组织、折痕、发纹、白点、微裂纹、氧化脱碳、划痕等；可能导致热处理缺陷的铸造、锻造、焊接、机械加工的缺陷主要有裂纹、组织不良、外观缺陷等。本书前言前言热处理质量直接影响各种机械产品的性能和使用安全，对开发新产品和提高产品竞争力有着重要作用，所以，减少和避免热处理缺陷、提高热处理质量是机械行业关注的焦点之一，也是热处理工作者的重要使命。为了推动热处理技术进步和生产发展，促进机械产品质量提高，我们受全国热处理学会委托，编写了这本关于热处理缺陷方面的专著，全面系统地阐述了热处理缺陷分析理论，列举了生产中发生的典型实例，填补了热处理专业书库的缺项，对热处理生产具有借鉴和参考价值。热处理缺陷包括热处理生产过程中产生的使零件失去使用价值或不符合技术条件要求的各种不足，以及会使热处理以后的后序工序工艺性能变坏或降低使用性能的热处理隐患。主要有热处理裂纹、变形超指标、残余应力过大、组织不合格、力学性能不合格、脆性，还有表面热处理和化学热处理硬化层深度不合格、真空热处理和保护热处理表面层元素变化、表面不光亮，以及有色金属热处理特殊缺陷等等。本书对各种热处理缺陷的形态和危害、产生原因、预防和补救措施等方面，进行了全面分析论述。从预防热处理缺陷角度介绍了热处理全面质量控制，根治热处理缺陷的重要措施是对热处理全过程，包括热处理前、热处理中、热处理后，进行认真质量控制，对热处理生产的环境、设备、工艺、原材料、人员等环节严格要求和控制，把热处理缺陷消灭在质量形成过程中。在全国广大热处理工作者支持下，我们收集到了58例热处理缺陷分析案例，书中选登了其中44例，从缺陷形貌特征、试验分析、验证实验及预防挽救措施等方面详实的介绍了常见热处理缺陷分析结果。本书第1、8、9章由王广生编写，第2章由石康才编写，第3、4、6、7章由周敬恩编写，第5章由王广生、石康才编写，第10章的案例由有关工厂、研究院所提供，王广生、曹敏达、王志刚收集整理。全书由王广生统稿。在热处理缺陷分析案例收集过程中得到了有关作者和《金属热处理》杂志编辑部大力支持，在编写过程中航空热处理中心的同志给予了很多帮助，谨此致谢。由于我们水平有限，书中难免有缺点和不妥之处，望广大读者批评指正。作者

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     目 录
   前言
   第1章 概论
   第2章 热处理裂纹
    1热处理裂纹的一般概念
    2加热不当形成的裂纹
    2.1升温速度过快引起的裂纹
    2.2表面增碳或脱碳引起的裂纹
    2.3过热或过烧引起的裂纹
    2.4在含氢气氛中加热引起的氢致裂纹
    3金属零件的淬火裂纹
    3.1马氏体的显微裂纹
    3.2淬火裂纹
    3.2.1纵向裂纹
    3.2.2横向裂纹（弧形裂纹）
    3.2.3网状裂纹
    3.2.4剥离裂纹
    3.2.5应力集中裂纹
    3.2.6过热淬火裂纹
    4影响淬火裂纹形成的因素
    4.1冶金因素的影响
    4.1.1钢件的冶金质量
    4.1.2钢件的化学成分
    4.1.3原始组织的影响
    4.2零件尺寸和结构的影响
    4.3工艺因素的影响
    4.3.1加热因素的影响
    4.3.2冷却因素的影响
    5预防淬火裂纹的方法
    5.1正确进行产品设计
    5.1.1材料选择
    5.1.2零件的结构设计
    5.1.3热处理技术条件
    5.2合理安排工艺路线
    5.3恰当确定加热参数
    5.3.1加热介质
    5.3.2加热速度
    5.3.3加热温度
    5.3.4保温时间
    5.4选定合适的淬火方法
    5.5淬火介质的选择
    5.5.1淬火介质的冷却能力
    5.5.2淬火介质特点与选择
    5.6防止淬火裂纹的其他措施
    6其他热处理裂纹
    6.1回火裂纹
    6.2冷处理裂纹
    6.3时效裂纹
    6.4磨削裂纹
    6.5电镀裂纹
   第3章 热处理变形
    1工件热处理的尺寸变化
    2工件热处理的形状畸变
    3热处理变形的一般规律
    3.1淬火变形的趋势
    3.2影响热处理变形的因素
    3.2.1化学成分对热处理变形的影响
    3.2.2原始组织和应力状态对热处理变形的影响
    3.2.3工件几何形状对热处理变形的影响
    3.2.4工艺参数对热处理变形的影响
    3.2.5时效与冷处理对热处理变形的影响
    3.3化学热处理工件的变形
    3.3.1渗碳工件的变形
    3.3.2渗氮工件的变形
    4热处理变形的校正
    4.1机械校正法
    4.2热处理校正法
   第4章 残余内应力
    1热处理内应力
    1.1热应力
    1.2组织应力
    1.3热处理工件的残余应力分布及影响因素
    1.4表面淬火工件的残余应力
    1.5化学热处理工件的残余应力
    2残余应力对力学性能的影响
    2.1残余应力与硬度
    2.2残余应力与磨损
    2.3残余应力与疲劳
    2.3.1残余压应力提高工件的疲劳强度
    2.3.2残余应力对疲劳强度影响的机理
    2.4残余应力与腐蚀
    2.5残余应力与电镀
    3残余应力的调整和消除
    3.1热处理对消除残余应力的作用
    3.1.1消除应力退火
    3.1.2回火与残余应力的去除
   第5章 组织不合格
    1热处理与组织、性能的关系
    2氧化与脱碳
    2.1氧化
    2.2脱碳
    2.3防止和减轻氧化脱碳的措施
    3过热与过烧
    3.1过热
    3.2过烧
    4低、中碳钢预备热处理球化体级别不合格
    5渗碳组织缺陷
    5.1表层碳化物过多，呈大块状或网状分布
    5.2残余奥氏体量过多
    5.3马氏体粗大
    5.4内氧化
    5.5黑色组织
    5.5.1黑色点状组织
    5.5.2黑色网状组织
    5.5.3托氏体黑色网带组织
    6渗氮组织缺陷
    6.1渗前原始组织中铁素体过多、回火索氏体
    组织粗大
    6.2化合物层疏松
    6.3针状组织
    6.4网状和脉状氮化物
    7渗硼组织缺陷
    7.1渗硼层的非正常组织
    7.2硼化层较多孔洞
   第6章 力学性能不合格
    1热处理和硬度
    1.1软点
    1.2硬度不足
    1.3高频淬火和渗碳工件的软点和硬度不足
    2拉伸性能和疲劳强度不合格
    2.1拉伸性能不合格
    2.2疲劳性能不合格
    2.2.1淬火不充分的影响
    2.2.2渗碳层内氧化的影响
    2.2.3碳氮共渗渗层中黑色组织的影响
    2.2.4渗碳层中过量残余奥氏体的影响
    2.2.5渗碳层中网状和大块状碳化物的影响
    2.2.6脱碳的影响
    3耐腐蚀性能不良
    3.1热处理对晶间腐蚀和点腐蚀性能的影响
    3.2热处理对应力腐蚀开裂的影响
    4持久蠕变性能不合格
    4.1高温合金热处理与持久蠕变性能
    4.1.1高温合金中的常见相
    4.1.2高温合金热处理对持久蠕变性能的影响
    4.2高温蠕变脆性
    5非铁金属合金力学性能不合格
   第7章 脆性
    1回火脆性
    1.1第一类回火脆性
    1.1.1第一类回火脆性机理
    1.1.2第一类回火脆性的抑制和防止
    1.2第二类回火脆性
    1.2.1影响第二类回火脆性的因素
    1.2.2第二类回火脆性机理
    1.2.3第二类回火脆性的抑制和防止
    2低温脆性
    2.1低温脆性的评定
    2.2钢的成分和组织对低温脆性断裂的影响
    2.2.1合金元素和杂质的影响
    2.2.2组织的影响
    3氢脆性
    3.1氢脆及其分类
    3.2钢的成分和组织对氢脆的影响
    4σ脆性
    4.1σ相的性质及其对性能的影响
    4.2钢的成分、热处理与σ相的形成
    5电镀脆性
    5.1电镀脆性的影响因素
    5.2防止电镀脆性的措施
    6渗层脆性
    6.1渗氮层脆性
    6.2渗硼层脆性
   第8章 其他热处理缺陷
    1化学热处理和表面热处理特殊缺陷
    1.1渗碳硬化层深度不合格
    1.2渗氮硬化层深度不合格
    1.3渗硼、渗铝硬化层深度不合格
    1.4感应加热淬火硬化层深度不合格
    1.5火焰加热淬火硬化层深度不合格
    2真空热处理和保护热处理缺陷
    2.1真空热处理表面合金元素贫化与粘连
    2.2表面不光亮和氧化色
    2.3表面增碳或增氮
    3有色金属合金热处理缺陷
    3.1铝合金热处理缺陷
    3.2镁合金热处理缺陷
    3.3钛合金热处理缺陷
    3.4铜合金热处理缺陷
    3.5高温合金热处理缺陷
   第9章 热处理缺陷预防与全面质量控制
    1热处理全面质量控制的概念
    2基础条件控制
    2.1环境条件控制
    2.1.1厂房
    2.1.2温度
    2.1.3照明与噪声
    2.2设备与仪表控制
    2.2.1热处理炉的炉温均匀性及分类
    2.2.2热处理炉气氛控制
    2.2.3冷却设备控制
    2.2.4检验设备控制
    2.2.5温度仪表及控制系统
    2.2.6气氛仪表及控制系统
    2.3人员素质和管理水平
    2.3.1人员素质
    2.3.2质量管理
    3热处理前质量控制
    3.1热处理零件设计的质量控制
    3.1.1材料选择
    3.1.2热处理技术要求的确定和标注
    3.1.3热处理零件结构形状设计
    3.2原材料质量控制
    3.2.1零件原材料质量控制
    3.2.2热处理工艺材料质量控制
    3.3热处理前各工序质量控制
    3.3.1锻造质量控制
    3.3.2铸造质量控制
    3.3.3焊接质量控制
    3.3.4机械加工质量控制
    4热处理中质量控制
    4.1待处理件的核查
    4.2预备热处理质量控制
    4.3最终热处理质量控制
    4.3.1工艺控制
    4.3.2设备选择与槽液控制
    4.3.3生产操作控制
    4.3.4质量要求与检验
    4.4表面热处理与化学热处理的质量控制
    4.4.1工艺方法选择
    4.4.2表面淬火质量控制
    4.4.3渗碳质量控制
    4.4.4渗氮质量控制
    4.4.5渗硼质量控制
    4.4.6渗铝质量控制
    5热处理后质量控制
    5.1后处理质量控制
    5.1.1热处理后防锈
    5.1.2表面强化
    5.1.3磨削加工
    5.1.4电镀
    5.2完善质量服务工作
    5.3重视环保技术安全工作
    5.3.1热处理生产的环境保护
    5.3.2热处理生产的技术安全
   第10章 热处理缺陷分析案例
    1汽车半轴淬火开裂与疲劳断裂的分析及防止措施
    245钢工件在易裂尺寸范围开裂的分析及防止措施
    3本体淬火裂纹的分析及防止措施
    4三硝水－空气双液淬火裂纹的分析及防止措施
    5绞肉机孔板淬火工艺的改进
    6高碳钢及轴承钢零件淬火裂纹的分析及防止措施
    7机床活塞超音频淬火裂纹的分析及防止措施
    8汽车转向节中频淬火裂纹的分析及防止措施
    9大型工件热处理过程中内裂的分析及防止措施
    10高速钢焊接工具裂纹的分析及防止措施
    11曲线齿锥齿轮热处理变形的分析及防止措施
    12无压淬火减少曲线齿锥齿轮平面翘曲变形
    13齿轮淬火变形的分析及防止措施
    14锥齿轮花键孔变形的分析及防止措施
    15汽车稳定杆淬火工艺的改进
    16工字卡规热处理变形的分析及防止措施
    17利用热应力预弯曲减少上导轨淬火变形
    18碟形刀片的防止变形热处理
    1965Mn弹簧片热处理变形的分析及防止措施
    20空心辊中频表面淬火变形的分析及防止措施
    21气体氮碳共渗零件变形的分析及防止措施
    22T10A模具线切割开裂的分析及防止措施
    23大型冷冲模具热处理缺陷分析及改进措施
    24热处理工艺对零件表面组织及磨削裂纹的影响
    25木工锯条热处理残品的挽救措施
    26气体渗碳件的补修工艺
    27高频淬火构件低应力疲劳脆断的分析及防止措施
    2820钢板冷冲压产生裂纹的原因及解决方法
    2920CrMnTi钢预备热处理组织缺陷分析
    3020MnV钢圆环链质量分析
    3115Cr钢活塞销淬火工艺的改进
    32游标卡尺测尺热处理新工艺
    33球墨铸铁底座退火工艺的改进
    34冷作模具失效分析及改进措施
    35叉车半轴中频淬火质量分析与工艺改进
    36曲轴气体渗氮后表面硬度偏低的挽救措施
    3765Mn钢爪型接地弹簧垫圈热处理工艺改进
    38高强度钢甲醇裂解气保护热处理氢脆
    3920CrMnTi钢齿轮碳氮共渗中的氢脆
    40渗碳齿轮通氨淬火的氢脆现象
    41Z10硅钢片的脆化与防止
    4225Cr2Mo1V钢高温紧固螺栓脆化及恢复热处理
    43汽车渗碳零件失效分析
    441Cr18Ni9Ti钢桔皮状表面的探讨
   参考文献