PART 01 淬火裂纹

淬火工艺主要应用于钢件，是将钢加热至临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上，保温后以大于临界冷却速度快冷至Ms（马氏体转变起始温度）以下，完成马氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺。

淬火裂纹指淬火过程中或淬火后室温放置时产生的裂纹，后者又称时效裂纹。裂纹分布无固定规律，但易在工件尖角、截面突变处形成。其根本成因是拉应力超过材料断裂强度，或材料存在内部缺陷，即便拉应力未超标也可能开裂，具体原因需结合裂纹特征分析。

PART 02 淬火裂纹的成因

淬火裂纹的产生是内因与外因共同作用的结果：马氏体本质脆性是内因，其受材料冶金质量、含碳量、合金元素等因素影响；宏观内应力是外因，由零件尺寸形状、工艺条件等引发。

2.1 马氏体本质脆性——内因

中高碳钢淬火后韧性低、脆性大，易产生微裂纹和宏观开裂，核心是马氏体本质脆性所致，具体影响因素如下：

材料冶金质量是重要基础，缩孔、轧制缺陷等会导致材料不均匀，不宜进行热处理。宏观偏析、固溶氢、锻轧缺陷、夹渣及各类带状组织等冶金问题，均可能与内应力相互作用，诱发淬火裂纹。

材料含碳量和合金元素直接影响淬裂倾向。含碳量越高，马氏体断裂强度越低，因含碳量提升会降低铁原子结合力和弹性模量，同时增大脆性相关参数，加剧淬裂风险。合金元素影响各异，Mn、Cr、V、Mo等含量增加会增大淬裂倾向；B元素可提高淬透性，减轻淬裂；适量稀土元素能净化晶界、降低位错摩擦力，减少脆性断裂和沿晶断裂。

原始组织状态对淬裂影响显著，片状珠光体、非平衡组织、网状碳化物、非金属夹杂物、锻造过热组织等，均可能诱发或加剧淬火开裂。不同形态珠光体中，细片状珠光体淬裂倾向相对较大，粗粒状珠光体淬裂倾向较小。

马氏体中的显微裂纹会进一步加剧脆性，中高碳钢中易形成显微裂纹，因高碳马氏体片相互碰撞且无法通过形变释放应力，形成应力场并产生微裂纹；低碳马氏体为板条结构，塑性好、应力易松弛，难以形成微裂纹。这些显微裂纹在后续应力作用下，可能发展为宏观裂纹。

2.2 淬火宏观内应力——外因

零件尺寸和形状直接影响淬裂倾向，即便材料和工艺相同，尺寸形状不同也会导致淬裂风险差异。水中淬火时，临界直径（心部恰好获得50%马氏体的直径）是淬裂危险尺寸。工件的缺口、尖角、沟槽等部位易产生应力集中，是断裂危险区；截面急剧变化会导致应力分布不均，加剧淬裂。

加热不当是淬裂常见诱因。淬火温度越高、保温时间越长，奥氏体晶粒越粗大，淬火马氏体易粗化脆化，断裂强度下降，淬裂倾向显著增大。加热设备中，真空炉最不易引发淬裂，电炉、盐浴炉次之，重油炉、燃煤炉等火焰炉最易导致淬裂。

淬火冷却过程需控制两个关键温度区：临界区（500~600℃）需快冷以保证淬硬；危险区（250~300℃，Ms点以下）需慢冷，因该区域发生马氏体转变，体积膨胀产生应力，慢冷可缓和内应力，避免裂纹产生。冷却速度不当会直接诱发淬裂。

淬火后加工处理也可能导致裂纹，包括热加工、机械加工和化学加工三类。回火温度过高或时间不足、冷却速度不当，冷处理、电镀、酸洗操作不合理，以及磨削、矫直等机械加工产生的负荷应力，均可能与淬火内应力、显微裂纹相互作用，形成宏观裂纹。

PART 03 防止淬火开裂的措施

结合淬裂成因，可从钢材选择、零件设计、工艺制定、介质选择、冷却方法等方面，采取针对性措施防止淬火开裂。

合理选择钢材是前提，含碳量及Cr、Mo含量越高，淬裂倾向越大。设计零件时，需结合性能要求、淬透性和经济性，选择淬裂倾向匹配的钢材，避免盲目选用高碳高合金钢材。

优化淬火零部件设计，需兼顾力学性能和热处理工艺性，核心是实现均热均冷、均缩均胀。设计时应保证截面均匀、形状对称，避免尖角和截面突变，采用平滑过渡和工艺孔；形状复杂、尺寸较大（大于400mm）的模具，可采用分离镶拼结构，简化形状、减小尺寸，降低淬裂倾向。

合理制定热处理技术条件，根据零件工作要求确定硬化程度和部位，不必追求整体高硬度，可采用局部硬化、表面硬化替代整体淬火，减少淬火内应力，从源头降低淬裂风险。

科学选择淬火介质，需综合考虑冷却能力、抗裂性、经济性和安全性。理想淬火介质应在过冷奥氏体分解最快的温度区冷却能力强，在Ms点附近冷却平缓，既能保证淬硬，又能缓和内应力。实际应用中需结合钢材特性和工件尺寸，选择适配的淬火介质，配合冷却方法使用。

采用合适的淬火冷却方法，核心是利用热应力、减少相变应力，避免合成应力为拉应力。常用方法包括：预冷淬火，空气中预冷减小工件温差，降低应力；双液淬火，先强冷后弱冷，缓和危险区冷却速度；分级淬火，冷却至Ms点以上保温后空冷，适用于易开裂高碳钢；等温淬火，冷却至Ms点稍上保温，完成贝氏体转变，减少裂纹。此外，薄壳淬火、局部淬火等方法也可根据需求选用。

同时，保证淬火前各工序合理、确定适宜加热参数、正确搬运工件及及时回火，也能有效防止淬火开裂。