淺談淬火裂紋與畸變的分析及對策

　　鋼鐵零件的淬火裂紋和畸變是常見(jiàn)的熱處理缺陷,嚴重時(shí)將導致零件報廢。以35鋼盤(pán)狀零件和20CrMnTi鋼汽車(chē)后橋錐齒輪為例,從原材料質(zhì)量、熱處理工藝、淬火介質(zhì)、工裝夾具等方面分析了零件產(chǎn)生淬火裂紋和畸變的原因,提出了預防措施。

　　一般說(shuō)來(lái),鋼件淬火時(shí)在Ms點(diǎn)以下的快冷是造成淬火裂紋的主要原因。除此之外,零件的設計不良、材料的使用不當以及原材料中既存的缺陷都有可能促使裂紋形成。而淬火畸變的影響因素則主要包括鋼的成分及原始組織、零件的幾何形狀、熱處理工藝等。下面通過(guò)兩個(gè)較典型的案例分析來(lái)探討對這類(lèi)淬火缺陷的分析方法及應采取的相應對策。

1、淬火裂紋

　　圖1所示為一盤(pán)狀零件,材料為35鋼,調質(zhì)處理,硬度要求為28～32HRC。工藝路線(xiàn):下料→鍛造→機加工→調質(zhì)→成品。熱處理工藝為840～860℃×10～12min鹽爐中加熱。淬三硝水溶液,再轉空氣中冷卻。500～550℃×25min回火。該零件曾一度成批出現淬火裂紋。

1.1、裂紋分析

　　裂紋起源于零件內孔(<25mm)的棱角處,呈放射狀向四周伸展,裂紋起始端一般呈直線(xiàn)狀,向外伸展稍帶弧形。經(jīng)金相分析,裂紋兩側無(wú)脫碳現象。裂紋尾端呈尖狀,裂紋伸展有力�；�體組織正常,縱向中心部位取樣分析未發(fā)現夾雜物異常和超標現象。

圖1　盤(pán)狀零件簡(jiǎn)圖

1.2、原材料檢查

　　在淬裂的盤(pán)狀零件上取樣做化學(xué)成分分析,碳的質(zhì)量分數為0.38%,符合GB699標準中35鋼的化學(xué)成分規定。這表明裂紋的產(chǎn)生與材質(zhì)無(wú)關(guān)。

1.3、工藝過(guò)程檢查

　　現場(chǎng)取三硝水進(jìn)行密度分析為1.105～1.107g/ml,工藝文件規定三硝水密度為1.45～1.50g/ml,表明三硝水已不符合工藝要求。同時(shí),現場(chǎng)操作調查還發(fā)現零件已在三硝水冷透,違反了三硝水淬—空氣冷卻的工藝操作要求。

1.4、驗證及結論

　　(1) 調整三硝水密度　為了證實(shí)三硝水密度的作用,將三硝水密度調整到規定的范圍(1.45 ～1.50g/ml)再淬火,產(chǎn)生裂紋的現象大大減少。但因在三硝水中停留的時(shí)間掌握不當,產(chǎn)生裂紋現象仍不能杜絕。

　　(2) 調整該件在三硝水中的停留時(shí)間　該件在三硝水中停留時(shí)間按每3～5mm厚度停留1s計算,僅需在三硝水中冷卻2～3s。經(jīng)生產(chǎn)驗證,已杜絕了裂紋的產(chǎn)生。

　　(3) 結論　該件淬火裂紋的產(chǎn)生,是因淬火冷卻介質(zhì)三硝水密度過(guò)低及在三硝水中停留時(shí)間過(guò)長(cháng)兩個(gè)綜合原因所致。

1.5、預防和補救辦法

　　(1) 縮短三硝水的檢測周期,嚴格控制密度在1.45～1.50g/ml內,并嚴肅工藝紀律,加強專(zhuān)職工藝員監督。

　　(2) 將35鋼改為40Cr鋼,并在油中淬火,從而從根本上杜絕了裂紋的產(chǎn)生。