1、什么是回火裂紋
回火裂紋(tempercrack)的定義是，淬過火的鋼鐵進(jìn)行回火時(shí)，因快速加熱快速冷卻或相變化而發(fā)生的型紋。
回火裂紋有兩種，一種是快速回火加熱時(shí)發(fā)生的裂紋；另一種是從回火溫度快速冷卻時(shí)發(fā)生的裂紋。淬火零件由于快速回火加熱；如火焰加熱和高頻加熱所發(fā)生的裂紋，正好與磨削裂紋一祥．在普通的回火加熱中，不常發(fā)生回火裂紋?；鼗鹆鸭y是指從回火溫度快速冷卻組織變化而發(fā)生的裂紋。
2、回火時(shí)快速加熱所引起的回火裂紋
淬過火的鋼是馬氏體組織，并處于膨脹狀態(tài)．如果把這種組織進(jìn)行回火。如圖2一43所示，先在100℃左右收縮，繼而在約300℃發(fā)生第二次收縮．因此，當(dāng)淬過火的零件進(jìn)行快速加熱時(shí)，表面層產(chǎn)生收縮，而內(nèi)部依然處于膨脹狀態(tài)，以致表面受到張力而發(fā)生裂紋。
這就是因快速加熱所發(fā)生的回火裂紋。這種裂紋以平行直線或曲線形狀出現(xiàn)，它與淬火裂紋有區(qū)別?；鼗饻囟热暨_(dá)300℃以上，則不發(fā)生收縮，所以不必再擔(dān)心發(fā)生回火裂紋。因此，淬過火的鋼，特別是像工具鋼那樣的高碳鋼進(jìn)行回火時(shí)，在達(dá)到300℃之前必須綬慢加熱，這是防止回火裂紋的工藝方法，而在達(dá)到300℃以上時(shí)，則可以進(jìn)行快速加熱。
圖2-43淬火工具鋼回火所致的長(zhǎng)度變化
3、從回火溫度快速冷卻所引起的回火裂紋
這種裂紋是具有二次回火硬化的高合金鋼，例如高速鋼．高鉻模具鋼從回火溫度(500~550℃)快速冷卻時(shí)所發(fā)生的裂紋．圖2一46是其中一例，
2-46 SKH3鋼的淬火，回火膨脹曲線（定性的）
它是高速鋼(SKHS)淬火和回火的熱膨脹和收縮曲線．圖中示出淬火所產(chǎn)生的一次馬氏體化（一次Ar ).以及回火時(shí)所產(chǎn)生的二次馬氏體化（二次Ar).后者是由于淬火生成的殘余奧氏體的馬氏體化所致，因此顯示出二次回火硬化，所以雖然說是回火，但具有與淬火相同的內(nèi)容，為此也可叫做二次淬火。
或者叫做調(diào)整處理(eondi-lloning), 如從回火溫度快速冷卻，就成為殘余奧氏體的淬火，發(fā)生與淬火裂紋一樣的裂紋，即回火裂紋．雖叫做回火裂紋．但實(shí)質(zhì)上和淬火裂紋相同。因此為防止這種回火裂紋，最好是從回火溫度緩慢（空冷）冷卻，圖2-47表示出高速鋼所發(fā)生的這種回火裂紋。
高速工具鋼是否顯示出二次馬氏體化相變（二次Ar)呢，這要根據(jù)其含碳量面定．根據(jù)大和久的研究表明，含碳量為0.6~0.9%的高速工具鋼發(fā)生二次馬氏體化相變；含碳量在0,3%以下則沒有二次馬氏體化相變膨脹．
圖2一48是含碳量為0,2%的高速鋼的回火膨脹曲錢，如(b)曲線那樣看不出有二次馬氏體化相變膨脹.，一般的高速鋼(0.7%）則表現(xiàn)出由A1曲線那樣顯著的相變膨脹。
圖2一49是含碳量為0.6%的高速工具鋼(SKH2)和含碳量為0的高速工具鋼的膨脹收縮曲線。正常含碳量的高速工具鋼有二次馬氏體化相變膨脹，而含碳量為0的高速工具鋼則看不出這種相變膨脹。因此．若高速鋼零件的外層相變膨脹量之差會(huì)引起回火裂紋．這時(shí)即使從回火溫度緩慢冷卻也會(huì)發(fā)生裂紋。因此為了防止這種回火裂紋，回火前必須把脫碳層除掉（例如磨削）．不言而喻，想辦法避免淬火時(shí)發(fā)生脫碳是先決條件。
顯示二次回火硬化的高合金鋼（高速工具鋼和高鉻模具鋼）的回火裂紋是在下述兩種悄況下產(chǎn)生的：(1)從回火溫度快速令卻，2）把表面有脫碳層的零件在未除掉脫碳層的情況下回火，因此，為防、防止回火裂紋應(yīng)注意下述兩點(diǎn)；
- (1)在回火之前首先將零件的脫碳層磨削掉，當(dāng)然在淬火時(shí)也務(wù)必防止脫碳。
- (2)要從回火溫度緩慢冷卻（空冷）下來．此外，在經(jīng)過斷續(xù)淬火再回火的情況下，在MS點(diǎn)以上就停淬取出，并改換冷卻速度，即未冷到逼近Ms溫度停淬取出并改換冷卻速度，然后從回火溫度快速冷卻往往發(fā)生裂紋。這是因?yàn)檫^冷奧氏體尚未轉(zhuǎn)變成為馬氏體時(shí)被停淬取出，奧氏體仍原封不動(dòng)地保留的緣故．從這種狀態(tài)快速冷卻所發(fā)生的裂紋同淬火裂紋相同．如未冷到逼近Ms溫度即停淬取出，回火后應(yīng)避免快速冷卻。未冷到逼近Ms溫度停淬取出，回火后應(yīng)避免快速冷卻．必須冷卻到大約手能摸的溫度（約60℃)后再加熱回火，圖2一50是達(dá)到MS以下而停淬取出，回火后快速冷卻所致裂紋的例子。
圖2-50
4、什么樣的鋼會(huì)發(fā)生回火裂紋？
一般來說，把淬過火的鋼件進(jìn)行回火時(shí)會(huì)發(fā)生回火裂紋、所以說所有的淬火鋼種都有發(fā)生回火裂紋的可能，特別是發(fā)生回火硬化（二次回火硬化）的高合金鋼，例如高速工具鋼和模具鋼表現(xiàn)得更為明顯。
5、回火裂紋是在什么時(shí)候發(fā)生的？
- 1)淬過火的零件在進(jìn)行快速加熱回火時(shí)發(fā)生回火裂紋紋．其發(fā)生原因與磨削裂紋的原因相同；
- 2）二次回火硬化的高合金鋼從回火溫度快速冷卻時(shí)．發(fā)生回火裂紋的原因與淬火裂紋相同；
- 3）若在零件表面上有脫碳層，回火裂紋出現(xiàn)就更為明顯；
6、回火裂紋的形狀是怎樣的？
回火時(shí)由低溫快速加熱所致的回火裂紋與縱向成直角（與熱流成直角）時(shí)，裂紋的深度淺，形狀恰似磨削裂紋，與此相反，從回火溫度快速冷卻（高合金鋼）所發(fā)生的回火裂紋，其形狀與淬火裂紋的形狀相同。圖2一51是回火時(shí)從低溫快速加熱所致的回火裂紋，以及從回火溫度快速冷卻所致的回火裂紋。
圖2-51
7、如何防止回火裂紋？ 
防止回火裂紋需要綜合考慮材料特性、工藝參數(shù)和操作細(xì)節(jié)。以下是關(guān)鍵措施及原理分析：
1. 控制回火加熱速率
-
措施：采用階梯式升溫或緩慢加熱（尤其是大型或復(fù)雜工件）。
-
原理：快速加熱會(huì)導(dǎo)致表面與芯部溫差過大，產(chǎn)生熱應(yīng)力，疊加殘余應(yīng)力易引發(fā)裂紋。緩慢加熱可減少溫度梯度。
2. 合理選擇回火溫度
-
措施：
-
避開回火脆性區(qū)：如某些合金鋼在250-400℃或450-650℃時(shí)易脆化，需快速通過該區(qū)間。
-
避免低溫回火不足：高碳鋼/高合金鋼低溫回火（150-250℃）需充分保溫，否則殘余奧氏體分解可能導(dǎo)致裂紋。
-
-
原理：溫度選擇直接影響應(yīng)力釋放和材料韌性恢復(fù)。
3. 優(yōu)化回火冷卻方式
-
措施：
-
脆性敏感材料：回火后快速冷卻（如油冷或水冷），避開脆性溫度。
-
非脆性材料：緩冷（空冷）以減少熱應(yīng)力。
-
-
原理：快冷可避免脆性相析出，緩冷則降低冷卻應(yīng)力。
4. 確保充分回火時(shí)間
-
措施：根據(jù)工件厚度調(diào)整保溫時(shí)間（通常每25mm厚度保溫1小時(shí)）。
-
原理：足夠時(shí)間使殘余應(yīng)力充分釋放，組織均勻化。
5. 改善前期淬火工藝
-
措施：
-
避免淬火冷卻過度（如冷到室溫前及時(shí)回火）。
-
對(duì)復(fù)雜工件采用分級(jí)淬火或等溫淬火。
-
-
原理：減少淬火殘余應(yīng)力，防止回火時(shí)應(yīng)力疊加。
6. 材料與設(shè)計(jì)優(yōu)化
-
措施：
-
選擇低雜質(zhì)（如低S、P含量）材料。
-
避免工件截面突變，采用圓角過渡。
-
-
原理：雜質(zhì)易形成應(yīng)力集中點(diǎn)，設(shè)計(jì)優(yōu)化可分散應(yīng)力。
7. 其他關(guān)鍵點(diǎn)
-
及時(shí)回火：淬火后盡快回火（尤其高碳鋼），避免放置過久導(dǎo)致微裂紋擴(kuò)展。
-
多次回火：對(duì)高合金工具鋼（如高速鋼），多次回火可徹底消除殘余奧氏體。
-
預(yù)熱處理：大型工件回火前預(yù)熱至100-150℃，減少熱沖擊。
實(shí)例分析
-
案例1：某模具鋼（如H13）回火后出現(xiàn)裂紋。
解決方案：將回火溫度從550℃降至500℃（避開脆性區(qū)），并采用兩次回火（每次2小時(shí)）。 -
案例2：大型齒輪軸淬火后未及時(shí)回火，產(chǎn)生裂紋。
解決方案：淬火后1小時(shí)內(nèi)回火，并控制冷卻速度為30℃/h。
總結(jié)
回火裂紋的根源是殘余應(yīng)力釋放不當(dāng)與材料脆性的綜合作用。通過控制溫度、時(shí)間、冷卻速度，并結(jié)合材料與設(shè)計(jì)優(yōu)化，可有效規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)際應(yīng)用中需根據(jù)具體材料（如碳鋼、合金鋼、工具鋼）調(diào)整工藝參數(shù)。
文章來源:文章節(jié)選自《熱處理150問》作者太和久重（日本），僅供讀者學(xué)習(xí)之用。
