1.1　热处理常见的缺陷类型

钢铁零件在热处理过程中，因裂纹、变形、磨损、腐蚀等原因而失去原有的工作能力的现象称为失效或缺陷。失效分析的目的是从外部和内部两方面因素分析原因，以便采取有效的预防和解决方案，防止失效再次发生。产生的质量缺陷问题可以分为两个方面，一类为先天性的缺陷如零件的结构设计不合理、原材料或毛坯本身的缺陷，在热处理过程中产生或扩展成热处理缺陷，这是热处理工作者无法解决的，只有要求设计人员正确了解因设计不良造成的后果，选用正确材料，制订合理的技术要求，避免截面的急剧变化和打印标记以及采取锐角过渡。还需要注意原材料的缺陷如化学成分波动和不均匀、杂质含量偏多、严重偏析、非金属夹杂物、疏松、带状组织、折痕、发纹、白点、微裂纹、氧化脱碳和划痕等，即非热处理原因造成的缺陷，要严格控制该类缺陷。同时要求原材料检验人员认真把关，努力避免出现质量问题的材料投产。另外可能导致先天性热处理缺陷的还有铸造、锻造、焊接和机械加工等造成的缺陷，如裂纹、组织不良和外观缺陷等。另一类为后天的因素，即热处理因素和未规范加工和使用的因素，例如零件的热处理工艺制订不合理、操作不当、设备和环境条件不合适、后续的机械加工工序不当、零件在使用过程中出现早期的失效等，因此在热处理生产中要特别重视对零件热处理的过程控制，做到预防为主、减少变差、杜绝浪费，把影响产品质量的人、机、料、法、环、检六大因素分析透彻，用最低的成本采取有效措施，生产出优质的产品。为便于理解和系统分类，现将常见热处理缺陷的种类和产生的原因归纳总结，具体见表1-1和表1-2。

从表1-1和表1-2中可知，淬火裂纹和淬火变形是热处理过程中的致命缺陷，一旦出现该类情况，将会造成难以挽回的损失，即人力、物力和财力的巨大浪费，直接影响到生产作业的进行，因此热处理工程技术人员与操作者必须采取可行的有效措施，避免出现此类事故。除此之外，残余应力、组织不合格、性能不合格、脆性以及其他缺陷属于第三类的缺陷，具体见表1-3。

钢铁零件的热处理质量与操作者有很大的关系，加热的失误会出现零件的氧化、脱碳、过热、回火裂纹和回火脆性等；而冷却的失误会引起淬火裂纹、淬火应变、回火裂纹、淬火软点、退火脆性、回火脆性以及冷处理裂纹；后续处理的失误会造成零件表面的磨削烧伤、磨削裂纹、酸洗脆性和浸镀脆性等，因此应引起高度的重视。产生热处理缺陷的原因可从金属材料的相变（组织变化）、热应力的作用、元素的析出和与外界的化学反应等几个方面进行分析。

淬火过程中产生的裂纹是过冷奥氏体转变为马氏体，发生组织转变，比容增大，热应力和组织应力综合作用的结果；磨削加工产生的磨削裂纹是冷却不良，零件表面受热温度高于马氏体的分解温度（马氏体转变为拖氏体或索氏体），发生了二次淬火造成的；淬火软点是由于冷却过程中冷却不均，表面出现了非马氏体组织（珠光体）；淬火变形尤其是形状的改变则是冷却过程中相变应力和热应力引起的，即应力造成的；通常谈到的回火脆性和退火脆性是碳化物在晶界上析出而出现的缺陷；而浸镀脆性乃初生态的氢原子作用的结果；最后要提到零件表面的氧化、脱碳等缺陷是在加热过程中同加热介质或冷却过程中的空气接触，与氧气发生化学反应的结果。

随着科学技术的进步，越来越多的先进的热处理设备和智能化工艺已经应用于钢铁零件的热处理过程中，因此产生热处理缺陷的因素大大减少，缺陷发生的概率降低。

1.1.1　热处理裂纹

零件在热处理结束后，由于材料或操作不当，将可能出现淬火裂纹、回火裂纹、磨削裂纹、冷处理裂纹等致命缺陷，它们直接造成零件的报废，无法挽救，因此必须采取有效的措施，避免此类缺陷的发生。表1-4列出了常见的裂纹类型，供参考。

从表1-4可知，各种裂纹的具体表现形式是不同的，因此在实际热处理过程中要认真分析和正确区分，找出原因，为零件的热处理质量的提高提供正确的依据。

现将钢铁零件中易发生的裂纹和其具体表现形态列于表1-5中，以供参考。机械零件一旦出现裂纹，将直接造成零件的报废，影响到正常的使用，因此在热处理过程中或使用状态下最忌裂纹的产生，因而对零件材料的选用、零件的优化设计与相关技术要求、机械加工（制造）和具体热处理工艺以及最终质量检验等几个环节应重点考虑，对具体的零件应根据其服役条件和工作环境，合理选材和提出最佳的热处理要求，同时注意冷热加工的顺序，保障产品质量。

1.1.2　热处理变形

零件在热处理加热和冷却过程中，其内部的组织结构发生变化。钢的热处理的目的是通过改变钢的结构、成分等，获得要求的硬度和力学性能，以发挥其潜在的性能。因此在钢加热到奥氏体状态后，要进行快速冷却，过冷奥氏体转变为马氏体或贝氏体组织。在冷却过程中首先产生热应力的作用，随着马氏体或贝氏体的形成，产生了相变应力，二者共同作用，造成零件的形状发生了改变，即出现零件的变形。从热处理的过程来看，变形是难以避免的，但通过改变零件的设计，尽可能将棱角变为圆弧、孔或槽镀塞、截面悬殊处设计为一定的锥形等，可达到减小变形的目的；另外零件要设计成对称形式，选用优质的钢材，同时有效利用磁致效应，采用压板矫直板状或条状零件。因此对零件的热处理变形要从几个方面入手，真正确保变形在工艺要求的范围内。

1.1.3　热处理性能不合格

零件的热处理缺陷除裂纹和变形外，其余的缺陷归纳为硬度不合格、表面氧化和脱碳、表面有软点、金相组织不合格、表面剥落、表面腐蚀等，它们也直接影响到产品的使用寿命，甚至造成零件的早期的损坏，对正常的作业带来困难。因此热处理性能不合格是不可忽视的重要缺陷，在零件的实际生产过程中要引起高度的重视。