淬火裂纹 锻造裂纹 磨削裂纹的特性及区别 附滚动轴承零件常见的淬火裂纹分析与预防

淬火裂纹是常见的淬火缺陷，产生的原因是多方面的。因热处理的缺陷是从

产品设计开始的，故预防裂纹产生的工作应该从产品设计抓起。

要正确地选择材料、合理地进行结构设计，提出恰当的热处理技术要求，妥

善安排工艺路线，选择合理的加热温度、保温时间、加热介质、冷却介质、冷却

方法和操作方式等。

材料方面

1、碳是影响淬裂频向的一个重要因素。碳含量提高，MS点降低，淬裂倾

向增大。因此，在满足基本性能如硬度、强度的条件下，应尽量选用较低的碳含

量，以保证不易淬裂。

2、合金元素对淬裂倾向的影响主要体现在对淬透性、MS点，晶粒度长大

倾向、脱碳的影响上。合金元素通过对淬透性的影响，从而影响到淬裂倾向。

一般来说，淬透性增加，淬裂性增加，但淬透性增加的同时，却可以使用冷却能

力弱的淬火介质以减少淬火变形的方法来防止复杂零件的变形与裂纹。因此，对

于形状复杂的零件，为了避免淬火裂纹，选择淬透性好的钢，并用冷却能力弱的

淬火介质是一个较好的方案。

合金元素对MS点影响较大，一般来说，MS越低的钢，淬裂倾向越大，当

MS点高时，相变生成的马氏体可能立刻被自回火，从而消除一部分相变应力，

可以避免发生淬裂。氏此，当碳含量确定后，应选用少量的合金元素，或者含对

MS点影响较小的元素的钢种。

3、选择钢材时，应考虑过热敏感性。过热较敏感的钢，容易产生裂纹，所

以在选择材料时应引起重视。

零件的结构设计

1、断面尺寸均匀。断面尺寸急剧变化的零件，在热处理时，由于产生内应

力而产生裂纹。故设计时尽量避免断面尺寸突变。壁厚要均匀。必要时可在与用

途无直接关系的厚壁部位开孔。孔应尽量做成通孔。对于厚不同的零件，可进行

分体设计，待热处理后，再进行组装。

2、圆角过渡。当零件有棱角、尖角、沟槽和横孔时，这些部位很容易产生

应力集中，从而导致零件淬裂。为此，零件应尽量设计成不发生应力集中的形状,

在尖角处和台阶处加工成圆角。

3、形状因素造成的冷却速度差异。零件淬火时冷却速度的快、慢随零件形

状的不同而不同。即使在同一零件上不同的部位，也会因各种因素而造成冷却速

度的不同。因此要尽量避免过大的冷却差异，以防止淬火裂纹。

热处理技术条件

1、尽量采用局部淬火或表面硬化。

2、根据零件服役条件需要，合理调整淬火件局部硬度。局部淬火硬度要求

较低时，尽量不强求整体硬度一致。

3、注意钢材的质量效应。

4、避免在第一类回火脆性区回火。

合理安排工艺路线及工艺参数

当钢件的材料、结构和技术条件一经确定，热处理工艺人员就要进行工艺分

析，确定合理的工艺路线，即正确安排预备热处理、冷加工和热加工等工序的位

置并确定加热参数。

淬火裂纹

1、500X下，呈锯齿状，起始端裂纹宽，结束断裂纹细小至无。

2、微观分析：异常冶金夹杂，裂纹形貌呈锯齿状延伸；用4%的硝酸酒精腐

蚀后观察，没有脱碳现象，微观形貌见下图：

1#样品

品裂纹处未发现异常冶金夹杂，没有脱碳现象，裂纹呈锯齿状延伸，具有淬

火裂纹的典型特征。

2#样品

分析结论：

1、样品的成分符合标准要求并对应原始炉号成分。

2、由微观分析，样品裂纹处未发现异常冶金夹杂，没有脱碳现象，裂纹呈

锯齿状延伸，具有淬火裂纹的典型特征。

锻造裂纹

1、典型材料原因导致的裂纹，边缘为氧化物。

2、微观观察

表面白亮层应为二次淬火层，二次淬火层下深黑色为高温回火层

分析结论：存在脱碳的裂纹要分辨是否是原材料裂纹，一般裂纹脱碳深度大

于等于表面脱碳深度的为原材料裂纹，裂纹脱碳深度小于表面脱碳深度的锻造裂

纹。

滚动轴承零件常见的淬火裂纹分析与预防

淬回火是使轴承零件提高硬度、强度，获得满意综合力学性能的关键工艺。

淬火裂纹是轴承零件在实际生产过程中最常见、最严重的缺陷种类之一。影响淬

火裂纹形成的因素众多，轴承零件淬火裂纹的宏观形态也各不相同。掌握各种影

响因素的作用，了解轴承零件淬火裂纹形貌规律，对防止淬火裂纹的发生、提高

成品率具有重要意义。

轴承淬火裂纹产生原因与应对

1.轴承零件引起淬火裂纹的主要原因

轴承零件在淬火过程中由于所产生的内应力大于材料断裂强度而产生的脆

性开裂，称为淬火裂纹。内应力包含组织转变应力和淬火冷却热应力，是造成淬

火裂纹的本质因素。结合轴承零件生产实际，引起淬火裂纹的原因较复杂，归纳

起来包括材料冶金缺陷（严重的非金属夹杂物、缩孔残余、发纹、严重的碳化物

偏析等）、零件结构缺陷（零件壁厚差大、油沟和尖锐棱角等）、淬火前工序'可缺

陷（锻造过烧、冷冲成形应力过大、较深的车刀痕等）和淬火工艺不良（淬火温

度过高、冷却不良、表面脱碳、淬火返修工艺不当）等。

2.轴承零件淬火裂纹的形貌特点及分析方法

轴承&件淬火裂纹形状很不规则，有的沿横向，有的沿纵向，有的在冬件表

面呈“S”形或“Y”形，还有的呈龟裂网状。淬火裂纹的深浅也各不相同，但深度远

大于磨削烧伤裂纹。观察淬火裂纹断口可以发现断口面往往有油污、水渍及回火

色存在，未污染的断口面则是干净的细瓷状。用金相显微镜观察，裂纹呈撕裂状

扩展，尾部尖细，一般沿晶界分布。淬火裂纹与锻造裂纹和原材料裂纹主要区别

是裂纹两侧无脱碳现象。

对于轴承零件的淬火裂纹，除上述共性外，还有各自本身特点，举例如下：

（1）材料冶金缺陷沿轧制方向分布，囚此，由于组织疏松和显微孔隙造成

的淬火裂纹热酸洗后在套圈、滚子端面和钢球两级呈点状或短线状分布，发纹和

严重的碳化物偏析多在零件表面沿轴向分布。某套圈碳化物严重带状偏析组织显

露于套圈内径面，造成此处淬火时应力开裂，如图1、图2所示。

图1套圈断口裂纹源处碳化物偏析形貌（lOOx）

图2套圈碳化物偏析淬火裂纹

（2）小尺寸钢球一般采用冷冲压成形。钢球赤道环带处冷冲压时变形量最

大，导致此处较高的局部应力形成。当环带被锂削时，又一次受到挤压力，形成

较大的磨削应力，因此钢球赤道处在淬火时极易形成有规律的钢球赤道裂纹，如

图3所示。

图3钢球赤道淬火裂纹

（3）轴承套圈形状复杂，截面和壁厚尺寸变化较大。当淬火冷却速度过大

时，不同壁厚产生的组织转变应力和淬火冷却热应力也有较大差异，因此在壁厚

差较大处易形成贯穿性淬火裂纹和油沟裂纹。

（4）套圈零件表面较深的划痕、过深的车刀痕和套圈上尖锐的倒角、沟槽

等处都易形成尖角处应力集中，在后续淬火中发生开裂，此类淬火裂纹方向与划

痕、车刀痕、沟槽方向保持一致。例如，某轴承套圈油孔冲孔后产生的金属毛刺

在淬火前没有清除掉，淬火时在此处产生尖角效应发生开裂，如图4所示。轴承

零件上因车刀痕过深产生的淬火裂纹呈相互平行的线链状且沿周向分布"如图5

所示。

图4套圈油孔毛刺淬火裂纹

图5套圈车刀痕过深产生的淬火裂纹

（5）由于第一次淬火因某项质量要求不达标，需要进行重新淬火处理，在

重新淬火前未消除前次的淬火应力或套圈表面脱贫碳较深，所产生的应力叠加易

形成淬火返修裂纹。这种裂纹多呈密集网状或龟裂状，裂纹数量多而深浅不一，

裂纹两侧可见脱贫碳，如图6所示。

图6滚子淬火返修裂纹

3.轴承零件淬火裂纹分析方法及预防措施

淬火裂纹一旦发生，零件将直接报废。及时、准确分析淬火裂纹产生的原因,

据此采取有效改进措施，避免淬火裂纹的重复发生，才是废品分析的初衷。对于

截面变化大旦淬火前又存在较大残余应力的轴承套圈，淬火前进行高温回火或低

温退火，对于防止其淬裂产生具有重要作用。冷汨压成形的滚动体不仅存在较大

的内应力，且在冲压时可能产生显微裂纹，淬火时易导致开裂。若在淬火前进行

去应力退火，对防止淬裂是有效的。具体轴承零件淬火裂纹的分析方法及预防措

施如附表所示。

轴承零件淬火裂纹分析方法及预防措施

序产生原因裂纹形貌特点及分析方法预防措施

号

材料中的严重夹金相观察裂纹两侧有超标夹杂加强材料验收检查,严格

杂物、碳化物偏物，带状碳化物聚集或孔洞，控制钢材质量

1析、显微孔隙或其腐蚀后无脱碳；热酸洗后观察

他材料缺陷暴露裂纹沿轧制方向开裂

在零件表面

淬火温度过高或宏观观察裂纹方向无规律性，降低淬火温度或缩短保

保温时间过长引金相观察裂纹两侧无超标夹杂温时间，检查热处理炉温

起组织过热物、无脱碳；组织粗大，超过控仪表是否正常

相关标准要求

淬火油池底部有宏观观察冷速过快时套圈多沿正确选择淬火冷却介质

水；搅拌不均匀壁厚薄或油沟处开裂；冷却不和冷却方式;严防淬火油

3均匀时裂纹在零件表面多成内含水；均匀搅拌

形分布；金相观察裂纹

两侧无脱碳

4尖锐倒角、油沟、宏观观察裂纹平行于沟槽或垂对于零件上存在的尖角

密封槽、油孔；过直于尖角；金相观察裂纹源产设计应改进产品设计;木

深的车刀痕、打字生于尖锐棱角处，裂纹两侧无于存在较深的油沟、密封

痕；滚子顶针孔等脱碳；因过深车刀痕产生的淬槽、油孔零件，应在淬火

火裂纹磨加工后各件表面已无前加去除应力退火;过深

车加工痕迹，但热酸洗后观察的车刀痕、毛刺等，检查

裂纹仍呈相互平行的线链状沿发现后应在在淬火前清

周向分布除

冷冲压成形型的宏观观察裂纹多存在在滚子端淬火前去应力退火或高

滚子和钢球而倒角处和钢球赤道上；金相温回火

观察裂纹两侧无脱碳，裂纹附

近有明显的晶粒变形

零件壁厚差大，冷宏观观察裂纹贯穿断裂或变截提高淬火冷却介质温度；

6速过快面处开裂；金相观察裂纹两侧采用分级淬火，调整工艺

无脱碳减少变形

表面严重脱碳（分宏观观察裂纹无方向性；金相对于热处理脱碳造成的

为热处理脱碳和观察零件表面严重脱碳，高碳开裂，需要对加热炉采用

材料脱碳层车加铝轴承钢可见白色块状铁素体可控气氛来减少或消除

工未清除干净两和粗大马氏体制，裂纹两侧无脱碳现象；对于材料脱碳

7种情况）脱碳；重点是区分脱碳产生的造成的开裂，需要严格控

原因，可以通过测量油沟或大制材料的脱碳层检验，并

倒角处的热处理脱碳层深度与在淬火前将脱碳层清除

零件表面脱碳层深度的比较加干净

以判断

多次淬火或回火宏观观察裂纹多呈密集网状或高温回火后再二次淬火；

8不及时龟裂状；金相观察裂纹两侧可淬火后要立即回火；回火

见脱贫碳要充分

实例分析

某公司成品圆锥滚子轴承内圈，材料为GCH5,滚道面存在一条裂纹，大致

沿周向分布，如图7所示。要求对送检内圈裂纹产生原因进行分析。

图7送检圆锥滚子轴承内圈裂纹宏观形貌

1.金相分析

将送检轴承内圈纵向切割，磨制抛光腐蚀后放置在金相显微镜上进行检验。

结果发现：

（1）滚道面裂纹与表面垂直，深度约为4.36mm,滚道面脱碳层深度为

0.10mm,裂纹两侧未见脱碳，如图8所示。

（a）内圈滚道面裂纹形貌（b）滚内圈滚道面裂纹腐蚀形貌

图8（K）Ox）

（2）内圈油沟存在严重脱碳，油沟脱碳层深度为0.23mm,如图9所示。

图9内圈油沟处腐蚀形貌（200x）

（3）内圈大挡边、小挡边各发现一条裂纹，挡边外径面均存在严重脱碳,

裂纹两侧无脱碳，如图10所示。

（a）内圈大挡边裂纹形貌（b）内圈小