鋼制圓柱形試樣工件斷口截面分析金相顯微鏡
鋼的熱處理應力
鋼的鑄造應力分為熱應力、相變應力和機械阻礙應力三種。鋼
的熱處理應力主要有熱應力與組織應力兩種，它們在鋼件中存在的
狀態和起的作用有所不同。由于加熱或冷卻不均勻即熱脹冷縮在時
間上的不一致所造成的鋼件內應力叫做熱應力。由于組織轉變的不
等時性所造成的內應力叫做組織應力。
此外，還有因工件截面上組織比容不同引起的內應力等等。熱
處理后鋼件的較終應力狀態取決于它們之和，稱作熱處理殘余應力
。
鋼的熱處理裂紋，就是這些內應力綜合作用的結果。同時在熱
處理應力的作用下，有時會使鋼件的某一部分處于拉應力狀態(以
“+”號表示)，而另一部分處于壓應力狀況(以“一”號表示)，有
時則使鋼件內部各部分的應力狀態分布得十分復雜。為了討論方便
，下面分別敘述。
熱應力
熱應力是熱處理過程中，鋼件的表面和中心或薄的地方與厚的
地方之問由于加熱或冷卻速度的不一致(形成溫度差)導致體積脹縮
不均勻而產生的內應力。
將形狀較簡單的鋼制圓柱形試樣，加熱到低于相變點的溫度后
，分別在水中和油中冷卻，鋼件無論在水中還是在油中冷卻，其表
面的冷卻速度都比中心的冷卻速度快得多。
加熱或冷卻速度愈快，鋼件表面與中心的溫度差則愈大，熱應
力亦愈大
鋼件的淬火殘余應力有縱向的、切向的和徑向的三種。一般說
來，圓柱形工件淬火后，縱向殘余應力較大，切向殘余應力次之，
徑向應力則較小。那么在淬火后工件能否因軸向應力作用而產生橫
向裂紋呢?一般情況下小型細長工件產生橫向裂紋的情況較少。只
有在大型工件中才會形成橫向內裂及橫斷，對于這一點，可以用軋
材的性能具有方向性來解釋。在工廠生產中，許多零件和工具往往
是由軋材制作的，而軋材的縱向與橫向具有不同的性能，橫向的塑
性、強度遠遠低于縱向。所以在同樣的淬火應力，甚至切向應力略
低于軸向應力時，也能夠由于切向應力的作用使工件產生縱向裂紋
。
縱向裂紋一般呈現深而長的特征，裂紋邊緣齊整，猶如快刀切
豆腐的痕跡，它在鋼件上是沿縱向分布的。
橫向裂紋和弧形裂紋
橫向裂紋往往是大鍛件熱處理時常見的斷裂形式之一，
橫向內裂或斷裂，從應力角度分析屬于熱應力型應力所引起的
，它與后面要討論的弧形裂紋屬于同一類型。大型鍛件中的這種缺
陷與大鍛件中心部位缺陷較多、強度較低有關。實踐證明，在有白
點或氫含量較高的大鍛件中發生這種斷裂的較多。
另外，有時在橫向斷裂的工件上看不出明顯的破壞起點，就像
刀子切的一樣。這往往也是較脆材料在熱應力作用下所引起的斷裂
