内裂

内裂是钢材内部缺陷之一，表现为在酸浸低倍试样上非因缩孔、非金属夹杂、气泡造成的不同形态的内部裂缝，是裂缝内较少或完全没有夹杂物的晶间开裂，多发生在高碳钢和高合金钢中，集中在铸锭中心处的内裂叫轴心晶间裂纹，由于不接触空气，内壁未氧化，又无偏析夹杂，热加工时采用大压缩比可能焊合。轴心晶间裂纹是由铸锭凝固时体积收缩引起的中心处受拉而产生的热裂纹。

简介

通常人们把未延伸至表面的内部断裂统称为“内裂”。内裂大多发生在钢锭开坯锻造及钢材轧制过程中以及浇注钢锭冷凝时应力产生的过程中。内裂一般都产生在低倍组织不理想的中心部位，因为钢材中心是碳化物偏析、疏松、夹杂等最容易集中的地方，致密程度差，机械强度低，截面越大越严重。所以在锻造或轧制时容易产生内裂（右图图a），有时，大截面的钢材由于加热不透，中心塑性很低，在随后的锻轧过程中也会造成内裂（右图图b）。

有内裂的钢材，在加热及锻造时由于应力集中，会使中心裂纹扩大。图c为W18Cr4V钢材因存在内裂（左），经锻造后中心严重开裂（右）。

具有内裂的钢材，不仅造成锻造废品，往往也因检查不严制成产品后使产品报废。

内裂的产生原因

热处理应力型

大型工件的内裂主要是由热处理应力引起的，我们称它为“热应力型内裂”。由于无损探伤技术的发展和应用，对于内裂等严重缺陷的检测有了一定的手段，但内裂还是时常漏检，由此造成的突然断裂也时有发生。因此，研究热应力型内裂的成因，寻求预防热应力型内裂产生的措施，是十分必要的。

热应力型内裂多出现在热处理过的大型轴类锻件中，在大型铸钢件中，在方形截面的零件以及大型齿圈中也有时出现。在轴类锻件中有纵向内裂和横向内裂之分，其裂纹特点是弯弯曲曲，一般不延伸至工件表面。其剖面形态如下图所示。

工件之所以产生内裂及断裂，是由于材料所承受的应力超过了材料本身的破断抗力。因此，我们的分析也必须从热处理淬火和加热时的应力及材料的强度和塑性两方面考虑。

大型工件热处理淬火过程中的应力，主要由三种应力组成，即热应力、组织应力以及由于截面上转变组织的比体积不同引起的应力。下面我们分别加以讨论。

热应力是热处理过程中，工件表面和中心或薄和厚之间，由于加热或冷却速度不一，导致体积膨胀或收缩不均匀而产生的内应力。

一个尺寸一定的圆形工件，从高温快速冷却，表面冷却快，心部冷却慢，内外之间存在较大的温差。由于表面先冷却要收缩，仍然处于较高温度的心部将阻止它的收缩，所以心部使表面受拉，相反表面使心部受压，这种应力随着工件内外温差的加大而增加。但是钢在高温塑性阶段屈服点低，塑性变形后应力将得到松弛，这时的热应力不可能很大。当外部先进入弹性阶段形成冷硬外壳后，将不允许按照心部需要收缩的要求改变容积和形状，对心部的收缩将起阻碍作用。这时工件中的热应力分布将发生改变，表面由原来的受拉转变为受压，心部则由受压转变为受拉，而且随着冷却的继续进行而不断增大。这就形成了残余热应力。

组织应力是钢在淬火冷却时，由于表面冷却得快先发生组织转变（膨胀），中心或冷却较慢的部分后发生转变（亦膨胀），从而造成体积转变的不等时性所产生的内应力。仍以圆形工件为例，当淬火时，它从高温急冷，表面先发生组织转变（膨胀），未发生组织转变的心部将阻碍其膨胀，因而表面受压，心部受拉。由于这时心部温度较高而且处于奥氏体状态，塑性较好，将发生不均匀的塑性变形使应力松弛。

继续冷却，当心部也开始转变并体积膨胀时，由于表面已形成弹性的外壳，将阻碍它的膨胀，应力反转为心部受压，表面受拉形成残余组织应力。

由于组织转变的比体积不同，以及在随后冷却过程中残留奥氏体的分解，便形成了表面马氏体层受压，心部受拉的残余应力。

处。

下图是文献介绍的声150mm碳钢在未淬透情况下的残余应力曲线。从图中看出，内应力的分布是热应力型的，中心拉应力达到最大值，并且轴向拉应力大于切向与径向拉应力。这就是大型工件在淬火内应力作用下容易产生横向内裂的原因。

锻造方法型

内裂这种缺陷容易产生在加工温度过低，一次变形量过大，以及加工过程中工件截面形状不当等情况下。下图表示加工过程中截面形状不当时，内裂的形成机理。由方料自由锻造成圆棒时，如果采用（a）那样的方法锻造，不会引起内裂，但若用（b）所示的方法锻造，就会在钢材内部引起剪切应力而导致内裂。

热处理应力型内裂的预防

热应力型内裂产生的主要原因是工件淬火时的残余应力，材料中的缺陷是引起开裂的辅助原因。为了预防内裂及断裂的发生，主要应从降低心部拉应力和提高材料破断抗力两方面加以考虑。

1.适当降低淬火温度，可以减少热应力，对防止内裂有利。因为淬火温度越高，热应力越大，同时，加热温度过高也会使奥氏体晶粒粗化，使材料强度降低。工件出炉后淬火前适当预冷，也对减小热应力预防内裂有利。

2.淬火时，注意工件的均匀冷却。

3.及时回火是预防内裂的有效措施。淬火后不及时回火导致残余应力加剧，并且随着时间的延长，表层的残留奥氏体继续分解，进一步加剧了内部的拉应力。因此，大锻件特别是合金钢大锻件，淬火后必须及时回火。

4.控制加热升温速度十分重要，快速加热会导致内外温差加剧，热应力增大。特别是含碳与合金元素高的大型锻件，低温阶段的升温速度要严加控制。一般说来，大锻件在低温阶段的升温速度要控制在30~70℃/h。回火加热时，因工件有很大的残余应力，升温时更要注意。

5.减少材料中的缺陷，提高材料本身的强度对防止淬裂也很重要。为了提高材料本身的强度，对于晶粒粗大的工件，可先进行一次正火，以便细化晶粒，提高强度。