冷裂冷裂的形成原因

冷裂是由于铸件中应力超出合金的强度极限而产生的。冷裂往往出现在铸件受拉伸的部位，特别是有应力集中的部位和有铸造缺陷的部位。影响冷裂的因素与影响铸造应力的因素基本是一致的。

合金的成分和熔炼质量对冷裂有重要影响。例如，钢中的碳、铬和锰等元素，虽能提高钢的强度，却降低了钢的导热性能，因而当这些元素较多时，就会增大钢的冷裂倾向。增加磷会导致钢的冷脆性增强，磷的质量分数大于0．1%时，其冲击韧性急剧下降，冷裂倾向明显增大。钢液脱氧不足时，氧化夹杂物聚集在晶界上，会降低钢的冲击韧性和强度，促使冷裂的形成。铸件中非金属夹杂物增多时，冷裂的倾向性也增大。

铸件的组织和塑性对冷裂也有很大影响。如低碳镍铬耐酸不锈钢和高锰钢都是奥氏体钢，且都容易产生很大的热应力，但是镍铬耐酸钢不易产生冷裂，而高锰钢却极易产生冷裂，这是因为低碳奥氏体钢具有低的屈服极限和高的塑性，铸造应力往往很快就超过屈服极限，使铸件发生塑性变形；高锰钢的含碳量偏高，铸件冷却时，在奥氏体晶界上析出脆性碳化物，严重降低了塑性，易形成冷裂。

冷裂纹外形呈连续直线状或圆滑曲线状，常常穿过晶粒，断口有金属光泽或呈轻微的氧化色（见图1）。形状复杂的大型铸件容易产生冷裂，有些冷裂纹在打箱清理后即能发现，有些在水爆清砂后发现，有些则是因铸件内部有很大的残余应力，在清理和搬运时受到震击形成的。

图2所示为ZG35CrMn齿轮毛坯的冷裂纹。齿轮的轮缘和轮幅比轮毂薄，冷却较快，因此先收缩，并对轮毂施加压力，使轮毂产生塑性变形。当轮毂开始收缩时，受到先已冷却的轮缘的阻碍，轮幅中产生拉应力，形成冷裂。

容易发现的长条形而且宽度均匀的裂纹。裂口常穿过晶粒延伸到整个断面。由于铸件冷却不均匀，所形成的铸造应力大于铸件金属的强度极限造成裂纹，称为冷裂。冷裂与热裂不同，裂口较直，常没有分叉，金属断面干净，有时呈现轻微的氧化 。冷裂常出现在铸件的表面，有时会贯穿整个铸件。

合金钢比碳钢容易产生冷裂；高碳钢比低碳钢容易产生冷裂。这是因为钢的导热性因合金元素含量和含碳量的增高而大大降低，使铸件冷却时各部分温差加大，从而增大了铸造应力。磷使钢具有冷脆性，含磷高 的钢铸件，冷裂的倾向增大。铸件内的其他 缺陷，如渣眼、缩孔等，会造成应力集中， 促使冷裂的形成。冷裂是铸件裂纹类缺陷之一。

铸件产生冷裂和变形的原因是冷却过程中铸件各部分的冷却速度不一致。因此，防止铸件产生铸造应力的方法都可用于防止铸件产生变形和冷裂。为消除铸造应力所采取的一些工艺措施，对于冷裂纹的防止同样有效。

①改进铸件结构，使壁厚均匀，必要时可增设加强筋。

②合理设置浇注系统。避免铸件线收缩受阻。减少铸造应力。

③控制钢水中C、Cr、Mn、P等含量。C、Cr、Mn等会降低钢的导热性和塑性，因此，这些元素含量高，冷裂倾向就增大，磷使钢具有冷脆性。

④钢液要充分脱氧，否则，在晶粒边界上聚集较多的FeO、MnO等氧化夹杂物，使钢变脆。

⑤对特殊合金成分件要改变其冷却速度，以防止冷裂。

⑥在铸件清理矫正时，要避免剧烈撞击。

冷龟裂

在较低温度下形成的裂纹。

冷裂的形状特征是

裂纹细小、呈连续直线状，有时缝内呈轻微氧化色。

碳钢的热裂影响因素：

含碳量，含硫量，含锰量，含氧量。含碳低和高都容易产生热裂，含碳量0.2%左右的钢比较不易形成热裂。

硫含量促进形成热裂，且影响十分显著。

锰含量对硫的影响起到抵消作用，有助于热裂的防止。氧在钢液钟以氧化亚铁形式存在，在钢液凝固时析出于晶界，降低钢的高温强度，促使热裂的形成。

在某些回转体零件（如车轮、齿轮等）和圆柱体零件（如轴、销类）淬火时，有时在轮缘、齿圈和轴肩等部位乃至全部脱（崩）落的淬裂现象，就是脱裂。

热处理裂纹形成规律

①脱裂的产生的条件：

热处理条件：表面加热淬火回转体零件和圆柱体零件，也产生在普通淬火的该类零件上。大多数脱裂产生在水冷淬火工艺条件下，油冷很少见。

金相条件：大量金相分析确定，在形成脱裂的区域附近，有马氏体和屈氏体两相组织存在是脱裂形成的必要且充分条件。

表面淬火时，在马氏体组织和原始组织区的珠光体型组织的分布，一般由相应的工艺条件决定。从工艺上采取措施（如端部留软带），消除截面组织的差异，便消除了脱裂赖以产生的组织条件。

普通淬火时，通常由于局部几何结构的缓冷效应决定。如轴肩截面过渡处便是可能产生缓冷效应几何结构形式。由于不同原因（如水温过高）造成淬火介质冷却能力下降，导致轴类零件的端面、轴阶端面和其它具有局部几何结构缓冷效应的部位产生截面组织差异，进而形成脱裂。

脱裂的形成和扩展都在全马氏体组织区内进行的。生产中形成的大多数脱裂，都是在马氏体无过热特征的情况下产生的，个别情况下也有马氏体十分粗大的现象。

热处理裂纹宏观形态

①脱肩：轴辊类零件的脱肩过程，先在端面的肩处（或边棱）附近启裂，通常多处同时（同一圆周或相距较近的同心圆上），然后沿垂直表面的方向向截面内部扩展，也同时沿圆周方向扩展为圆周裂纹；继而改向，沿圆弧面继续在截面内部朝轴肩附近的轴外圆表面上扩展，最终在此处露出外圆表面而呈弧形裂纹。

②脱圈：齿轮的脱圈首先在齿圈与辐板截面过渡处的拐角上开裂，然后由此向截面内部（沿弧面）扩展，同时也沿拐角（常为尖角）作周向扩展，最终使齿圈脱落。

热处理裂纹影响因素

①冷却速度：首先是局部冷速过快，于冷却最快的部位上形成淬火裂纹；其次，脱裂的产生又是淬火件局部部位的高温转变区内冷却显著减缓，从而产生截面组织差异，并由此引起局部合成拉应力的作用结果。在热处理生产实践中，冷速局部减缓的原因，一是局部几何结构自身的缓冷效应，二是热处理操作失误或是操作失误与局部几何结构作用的叠加。在产生截面组织差异的情况下，增加淬火介质于低温区内的冷却能力或淬火工件相关部位的冷却烈度，将会显著增加形成脱裂的危险性。

②化学成分：钢中含碳量的显著提高或或些合金元素含量的增加，使钢的淬透性显著提高，将大大提高脱裂的敏感性。

应力集中：对普通应力集中不敏感，但过深的机加工刀痕有明显的诱裂作用。

热处理裂纹预防措施

①端部留软带：在表面淬火的辊类、轴类零件的端部预留适当宽度的未淬硬软带，能有效避免脱裂的产生。

②正确选用淬火介质：表面淬火的截面组织差异是无法避免的，在确保淬硬的前提下，尽量选用缓和的冷却介质。

③局部强冷，但应谨慎。

④消除表面应力集中：避免截面的尖角过渡，并把表面的粗糙度加工到高于Ra12.5。

⑤保证化学成分，防止含碳量或残余合金元素含量超标。