外聯(lián)主軸開裂原因分析及工藝試驗(yàn)

德州聯(lián)合石油機(jī)械有限公司 （山東 253034） 霍煥志 曹 銳

40CrNiMo是一種高淬透性的合金鋼，調(diào)質(zhì)后具有較好的綜合力學(xué)性能，常用來制作強(qiáng)度高、塑性好的重要零部件。在我公司也廣泛的應(yīng)用在產(chǎn)品的各種配件中。近期，熱處理車間在調(diào)質(zhì)一種40CrNiMo的配件時(shí)，出現(xiàn)批量開裂的情況。為了尋找開裂原因，在以后的生產(chǎn)過程中避免類似情況的發(fā)生，我們對(duì)開裂產(chǎn)品進(jìn)行了解剖，并對(duì)熱處理工藝進(jìn)行了重現(xiàn)和改進(jìn)。

1.開裂分析

外聯(lián)主軸材質(zhì)為40CrNiMo，工藝路線：下料→鍛造→鋸→二次鍛造→退火→調(diào)質(zhì)。4根外聯(lián)主軸調(diào)質(zhì)后，均出現(xiàn)縱向開裂現(xiàn)象。

經(jīng)化驗(yàn)，成分符合40CrNiMo的技術(shù)要求。金相觀察，產(chǎn)品表面有脫碳現(xiàn)象（鍛造加熱過程中產(chǎn)生），但裂紋附近未發(fā)現(xiàn)明顯的缺陷和脫碳現(xiàn)象，初步判斷為淬火過程中開裂。開裂圖片見圖1（方形缺口為取試樣后留下）。

圖1

2.試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

驗(yàn)證該主軸直徑條件下，是否為40CrNiMo材質(zhì)的危險(xiǎn)尺寸，即在該尺寸下淬火，容易產(chǎn)生開裂，鍛造后的表面脫碳是否容易導(dǎo)致淬火開裂，粗車鍛造層前后對(duì)該產(chǎn)品性能的影響。

3.試驗(yàn)過程

本次試驗(yàn)共下料4件，其中2件采用產(chǎn)品的正常加工過程（工藝1：鍛造→退火→調(diào)質(zhì)。記為3#和4#），另外2件增加一定材料定額（單邊增加10mm的加工余量），在退火和調(diào)質(zhì)之間增加一道粗車工序，扒掉鍛造層（工藝2：鍛造→退火→粗車→調(diào)質(zhì)。記為1#和2#）。分別對(duì)4件產(chǎn)品進(jìn)行工藝加工至成品，主要關(guān)注產(chǎn)品在各環(huán)節(jié)的狀況。

1#和3#為同一爐，淬火設(shè)備采用120kW井式爐，裝爐溫度600℃，淬火冷卻介質(zhì)為柴油；回火設(shè)備采用105kW井式爐，回火冷卻方式為水，出水溫度為室溫。表面硬度：1#為300HBW（粗車后），3#為335HBW（有裂紋）。1#和3#的熱處理工藝曲線見圖2。

圖2

2#和4#為同一爐，淬火設(shè)備：90kW井式爐，裝爐溫度574℃，淬火冷卻介質(zhì)為柴油；回火設(shè)備采用105kW井式爐，回火冷卻方式水，出水溫度為室溫。表面硬度：2#為310HBW（粗車后），4#為280HBW。2#和4#的熱處理工藝曲線見圖3。

調(diào)質(zhì)結(jié)果：4件產(chǎn)品調(diào)質(zhì)后，表面硬度合格。1#沿鍛造缺陷方向產(chǎn)生了縱向裂紋，其他3件產(chǎn)品未發(fā)現(xiàn)開裂。對(duì)4件產(chǎn)品分別取試樣后，繼續(xù)加工至成品，4件主軸成品后磁粉檢測(cè)，并沒發(fā)現(xiàn)表面缺陷。

圖3

金相組織：圖4（粗車后調(diào)質(zhì)）、圖5（鍛后直接調(diào)質(zhì)）均為回火索氏體+少量鐵素體，級(jí)別為2級(jí)，組織差異不大。

圖4

圖5

取φ10mm試樣做拉伸試驗(yàn)，力學(xué)性能結(jié)果見附表。由附表可見，由于40CrNiMo淬透性較好，是否粗車，對(duì)該尺寸下產(chǎn)品調(diào)質(zhì)后的力學(xué)性能影響不大，各項(xiàng)指標(biāo)都維持了較高的水平。

力學(xué)性能測(cè)試表

4.結(jié)語

（1）4件中有3件未產(chǎn)生開裂，1件產(chǎn)生開裂（調(diào)質(zhì)前存在一定的鍛造缺陷），且在后續(xù)機(jī)加工過程得以消除，判斷該直徑（φ36mm和φ55mm）不是40CrNiMo的危險(xiǎn)尺寸。

（2）鍛造后增加粗車工序，可以消除鍛造過程中產(chǎn)生的缺陷和鍛造時(shí)產(chǎn)生的脫碳層，減少淬火過程中的開裂傾向。

（3）由于40CrNiMo的淬透性較好，在該尺寸條件下，各項(xiàng)性能指標(biāo)均能達(dá)到產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，而鍛造層對(duì)其調(diào)質(zhì)后的性能影響不大。

建議該類產(chǎn)品可以在退火后增加一道粗車工序，消除鍛造過程中產(chǎn)生的缺陷和表面脫碳層，減少淬火過程中的開裂傾向。

（20130813）