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金刚石锯片基体产生裂纹的原因 (二)

更新时间:2016-12-11 10:42:26  点击次数:1504次

2 热处理工艺不合理引起的裂纹

金刚石锯片基体的生产中,热处理工艺不合理是导致 金刚石锯片基体裂纹产生的主要原因。热处理工艺不 当主要表现为氧化与脱碳严重、淬火变形大、过热和 过烧、发生回火脆性等。其造成热处理裂纹主要是由 于中高碳弹簧钢加热温度过高、保温时间过长,使得 组织中的奥氏体晶粒粗化,淬火后马氏体针粗大,导 致弹簧钢内应力与脆性增大,从而形成热处理裂纹, 热处理造成金刚石锯片基体用钢裂纹缺陷在金相显微 镜下观察一般呈沿晶断裂特征。

2。1氧化与脱碳

金刚石锯片基体在空气等氧化性气氛中加热时表 面容易发生氧化。氧化使锯片基体表面粗糙度增加, 精度下降,而且基体表面氧化皮往往是造成淬火软点 和淬火开裂的根源,使基体强度降低。因此中高碳弹 簧钢在加热时,在保证组织转变的前提下,加热温度 应尽可能低,保温时间应尽可能短。

中高碳弹簧钢表面氧化的同时一般都伴随表面脱碳,脱碳是金刚石锯片基体常见的表面缺陷,对基体 的使用性能有显著影响。弹簧钢材表面脱碳o.1mm就 会使其疲劳极限显著下降。而且,随着基体表面脱碳 层深度增加,疲劳寿命显著下降。特别是锯片基体 表面脱碳层出现铁素体可降低疲劳极限50%。由于脱 碳,基体的表面硬度下降,在交变应力作用下容易产 生裂纹,使金刚石锯片基体过早疲劳失效。

含碳量越 高,加热温度越高、保温时间越长,基体的脱碳倾向越大,而且不同含碳量的锯片基体用钢脱碳后,其微 观组织亦不同。当金刚石锯片基体用钢表面氧化脱碳 以后,表层的硬度和强度降低,容易产生裂纹,甚至 产生断裂。另外,表面层不同部位淬火时膨胀系数不 同,引起应力集中,致使锯片基体全脱碳层与部分脱 碳层之间的过渡区产生微裂纹,这些可见的或不可见 的微裂纹成为应力集中区,并作为裂纹继续发展的起 源,引起基体的失效或断裂。因此,应当限制金刚石 锯片基体的脱碳层深度。

2.2淬火变形

对于用中高碳弹簧钢作基体材料的金刚石锯片,要 达到基体的弹性极限和硬度指标,其热处理方式应采用 淬火+中温回火。但金刚石锯片基体淬火有个非常突出 的特点,那就是淬火变形量和开裂倾向性大。

产生变形的原因有:加热无论是空气还是盐浴,热量的对流或 多或少都会对片基产生冲击而造成加热变形。由 于其截面各部分冷却速度不同而造成温度差异,引起钢 的体积收缩不均匀,从而导致热应力的形成;另外在淬火时,钢的过冷奥氏体向马氏体转变过程中伴随有比容的变化而造成组织应力形成的相变变形等。由于基体是薄片件,面积大而厚度薄,其直径从Φ300-2200mm, 而厚度一般只有2-10mm,如此大的薄片件淬火时的热 处理变形和开裂正是基体热处理的难点。如何减少淬火 变形和开裂的控制以满足基体平面度和硬度的要求是金刚石锯片基体热处理的关键。

2。3过热和过烧

金刚石锯片基体在萍火加热时,由于加热温度过高或保温时间过长造成奥氏体晶粒粗大的缺陷称为过 热。过热的锯片基体在淬火后得到粗大的粗针状马氏 体组织,为淬火过热组织,易于引起淬火裂纹。因此 淬火过热的锯片基体强度降低,尤其是冲击韧性、塑 性显著下降,易于产生脆性断裂。轻微的过热可用延 长回火时间来补救。严重的过热可采用完全退火或正 火使晶粒细化。

若淬火加热温度太高,使奥氏体晶界局部熔化或 发生晶界氧化的现象称为过烧。过烧使金刚石锯片基 体性能严重恶化,极易产生热处理裂纹,所以过烧是 不允许的热处理缺陷,一旦出现过烧则无法补救,只好报废。

2。4回火脆性

热处理(主要是回火)脆性是中高碳弹簧钢发生裂纹的另一个主要原因。中高碳弹簧钢的回火脆性通常 是指在350 ~ 550°C临界温度范围内加热或缓慢冷却时 所显示出来的脆性,此时冲击转变温度趋于较高范 围,脆性特征为中高碳弹簧钢经350~550°C温度范围 回火以后,组织沿着原始奥氏体晶界断裂和杂质在晶 界的偏聚,降低了在室温下的冲击值和KIC值。中髙碳弹簧钢对回火脆性的敏感性受在临界温度范围内停留时间、合金成分和杂质含量水平的影响。

中高碳弹簧钢在350-550°C温度范围内长时间加热,或在这一温度范围内缓慢冷却时,对产生脆性是敏感的。由于中高碳弹簧钢中加人了1%~ 2%左右的Mn,因而具有过热敏感性和回火脆性倾向,其回火温 度范围正好处于第一类回火脆性和第二类回火脆性结 合处,如果不能及时回火、保温和冷却,就会使弹簧 钢产生脆性。

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