1.1　熱處理常見的缺陷類型

鋼鐵零件在熱處理過程中，因裂紋、變形、磨損、腐蝕等原因而失去原有的工作能力的現象稱為失效或缺陷。失效分析的目的是從外部和內部兩方面因素分析原因，以便采取有效的預防和解決方案，防止失效再次發生。產生的質量缺陷問題可以分為兩個方面，一類為先天性的缺陷如零件的結構設計不合理、原材料或毛坯本身的缺陷，在熱處理過程中產生或擴展成熱處理缺陷，這是熱處理工作者無法解決的，只有要求設計人員正確了解因設計不良造成的后果，選用正確材料，制訂合理的技術要求，避免截面的急劇變化和打印標記以及采取銳角過渡。還需要注意原材料的缺陷如化學成分波動和不均勻、雜質含量偏多、嚴重偏析、非金屬夾雜物、疏松、帶狀組織、折痕、發紋、白點、微裂紋、氧化脫碳和劃痕等，即非熱處理原因造成的缺陷，要嚴格控制該類缺陷。同時要求原材料檢驗人員認真把關，努力避免出現質量問題的材料投產。另外可能導致先天性熱處理缺陷的還有鑄造、鍛造、焊接和機械加工等造成的缺陷，如裂紋、組織不良和外觀缺陷等。另一類為后天的因素，即熱處理因素和未規范加工和使用的因素，例如零件的熱處理工藝制訂不合理、操作不當、設備和環境條件不合適、后續的機械加工工序不當、零件在使用過程中出現早期的失效等，因此在熱處理生產中要特別重視對零件熱處理的過程控制，做到預防為主、減少變差、杜絕浪費，把影響產品質量的人、機、料、法、環、檢六大因素分析透徹，用最低的成本采取有效措施，生產出優質的產品。為便于理解和系統分類，現將常見熱處理缺陷的種類和產生的原因歸納總結，具體見表1-1和表1-2。

從表1-1和表1-2中可知，淬火裂紋和淬火變形是熱處理過程中的致命缺陷，一旦出現該類情況，將會造成難以挽回的損失，即人力、物力和財力的巨大浪費，直接影響到生產作業的進行，因此熱處理工程技術人員與操作者必須采取可行的有效措施，避免出現此類事故。除此之外，殘余應力、組織不合格、性能不合格、脆性以及其他缺陷屬于第三類的缺陷，具體見表1-3。

鋼鐵零件的熱處理質量與操作者有很大的關系，加熱的失誤會出現零件的氧化、脫碳、過熱、回火裂紋和回火脆性等；而冷卻的失誤會引起淬火裂紋、淬火應變、回火裂紋、淬火軟點、退火脆性、回火脆性以及冷處理裂紋；后續處理的失誤會造成零件表面的磨削燒傷、磨削裂紋、酸洗脆性和浸鍍脆性等，因此應引起高度的重視。產生熱處理缺陷的原因可從金屬材料的相變（組織變化）、熱應力的作用、元素的析出和與外界的化學反應等幾個方面進行分析。

淬火過程中產生的裂紋是過冷奧氏體轉變為馬氏體，發生組織轉變，比容增大，熱應力和組織應力綜合作用的結果；磨削加工產生的磨削裂紋是冷卻不良，零件表面受熱溫度高于馬氏體的分解溫度（馬氏體轉變為拖氏體或索氏體），發生了二次淬火造成的；淬火軟點是由于冷卻過程中冷卻不均，表面出現了非馬氏體組織（珠光體）；淬火變形尤其是形狀的改變則是冷卻過程中相變應力和熱應力引起的，即應力造成的；通常談到的回火脆性和退火脆性是碳化物在晶界上析出而出現的缺陷；而浸鍍脆性乃初生態的氫原子作用的結果；最后要提到零件表面的氧化、脫碳等缺陷是在加熱過程中同加熱介質或冷卻過程中的空氣接觸，與氧氣發生化學反應的結果。

隨著科學技術的進步，越來越多的先進的熱處理設備和智能化工藝已經應用于鋼鐵零件的熱處理過程中，因此產生熱處理缺陷的因素大大減少，缺陷發生的概率降低。

1.1.1　熱處理裂紋

零件在熱處理結束后，由于材料或操作不當，將可能出現淬火裂紋、回火裂紋、磨削裂紋、冷處理裂紋等致命缺陷，它們直接造成零件的報廢，無法挽救，因此必須采取有效的措施，避免此類缺陷的發生。表1-4列出了常見的裂紋類型，供參考。

從表1-4可知，各種裂紋的具體表現形式是不同的，因此在實際熱處理過程中要認真分析和正確區分，找出原因，為零件的熱處理質量的提高提供正確的依據。

現將鋼鐵零件中易發生的裂紋和其具體表現形態列于表1-5中，以供參考。機械零件一旦出現裂紋，將直接造成零件的報廢，影響到正常的使用，因此在熱處理過程中或使用狀態下最忌裂紋的產生，因而對零件材料的選用、零件的優化設計與相關技術要求、機械加工（制造）和具體熱處理工藝以及最終質量檢驗等幾個環節應重點考慮，對具體的零件應根據其服役條件和工作環境，合理選材和提出最佳的熱處理要求，同時注意冷熱加工的順序，保障產品質量。

1.1.2　熱處理變形

零件在熱處理加熱和冷卻過程中，其內部的組織結構發生變化。鋼的熱處理的目的是通過改變鋼的結構、成分等，獲得要求的硬度和力學性能，以發揮其潛在的性能。因此在鋼加熱到奧氏體狀態后，要進行快速冷卻，過冷奧氏體轉變為馬氏體或貝氏體組織。在冷卻過程中首先產生熱應力的作用，隨著馬氏體或貝氏體的形成，產生了相變應力，二者共同作用，造成零件的形狀發生了改變，即出現零件的變形。從熱處理的過程來看，變形是難以避免的，但通過改變零件的設計，盡可能將棱角變為圓弧、孔或槽鍍塞、截面懸殊處設計為一定的錐形等，可達到減小變形的目的；另外零件要設計成對稱形式，選用優質的鋼材，同時有效利用磁致效應，采用壓板矯直板狀或條狀零件。因此對零件的熱處理變形要從幾個方面入手，真正確保變形在工藝要求的范圍內。

1.1.3　熱處理性能不合格

零件的熱處理缺陷除裂紋和變形外，其余的缺陷歸納為硬度不合格、表面氧化和脫碳、表面有軟點、金相組織不合格、表面剝落、表面腐蝕等，它們也直接影響到產品的使用壽命，甚至造成零件的早期的損壞，對正常的作業帶來困難。因此熱處理性能不合格是不可忽視的重要缺陷，在零件的實際生產過程中要引起高度的重視。