45號鋼軸套熱處理裂紋分析

趙 毅， 孫海洋， 王 健

（哈爾濱軸承集團公司 質量控制部，黑龍江 哈爾濱 150036）

45號鋼軸套熱處理裂紋分析

趙 毅， 孫海洋， 王 健

（哈爾濱軸承集團公司 質量控制部，黑龍江 哈爾濱 150036）

針對45號鋼軸套熱處理裂紋的原因進行分析，結論為熱應力和組織應力疊加使淬火應力明顯增大，導致零件開裂，即淬火開裂。合理確定熱處理工藝參數，嚴格控制零件的淬火加熱和冷卻過程，減少了裂紋的產生。

45號鋼；軸套；熱處理裂紋；加熱和冷卻過程

1 前言

某軸套熱處理后精車時，發現凸臺橫截面上沿圓周方向有肉眼可見的弧形及徑向裂紋，外緣上亦有肉眼可見的環形裂紋，見圖1。軸套材料為45號鋼，熱處理工藝為整體調質,硬度要求為220～250HB。

圖1 軸承套裂紋示意圖

軸套在運轉時要受到各種載荷的作用,如彎曲、扭轉、沖擊等。當彎曲載荷較大、轉速又較高時,還承受著很高的交變應力，因此要求軸套具有較高的抗疲勞強度和綜合力學性能，同時要求具有較高的硬度和耐磨性。

通過對45號鋼軸套熱處理后產生裂紋的分析，旨在改善軸套的熱處理工藝，減小淬火應力，減少熱處理裂紋的產生。

2 軸套的加工工藝

機械加工工藝為：坯料→鍛件→粗車→調質→精車。

熱處理工藝為：淬火820℃，水冷；回火620℃，空冷。

技術要求：硬度(HB)220-250。

3 軸套檢測分析

3.1 性能檢測

硬度值實測為232HB，符合技術要求。

3.2 金相檢測

宏觀斷口檢查。用機械方法將零件切割，打開裂紋，斷口表面大部分無金屬光澤，局部已發黑，小部分有金屬光澤且有撕裂狀條帶（為打斷斷口時造成），未見其他缺陷。斷口低倍形貌見圖 2。

3.3 顯微分析

裂紋形態見圖 3、圖 4。裂紋走向彎曲，尾端較尖，沿晶開裂，裂紋兩側對偶狀況良好，有較好的嚙合齒，裂紋內部兩側邊緣未見脫碳，有二次裂紋存在。

圖2 斷口形貌

圖3 裂紋形態及顯微組織，50×

圖4 裂紋形態及顯微組織，200×

心部顯微組織為回火索氏體，未見異常組織，見圖 5。裂紋邊緣顯微組織未見異常，見圖6。近表面顯微組織有局部超大晶粒，見圖 7，有局部過熱組織見圖 8。

圖5 心部顯微組織，500×

圖6 裂紋邊緣顯微組織200×

圖7 近表面顯微組織，200×

圖8 近表面顯微組織，200×

3.4 產生問題的原因分析

根據制造工藝，調質處理前粗車時未見裂紋，調質處理后精車時發現裂紋，說明裂紋產生于熱處理工序。裂紋兩側未見脫碳層，打開的裂紋斷口表面大部分氧化變黑，而后打斷的小部分斷口有金屬光澤，說明表面氧化變黑是高溫回火時氧化所致。裂紋為沿晶界開裂，尾端較尖，走向瘦直而剛健。裂紋兩側邊緣未見脫碳。有兩種可能原因，一是因為淬火前未開裂，淬火冷卻時開裂，沒有經過高溫氧化，未產生氧化脫碳；二是因為零件開裂嚴重，裂紋較多，所取樣品為熱處理后裂紋擴展時的擴展裂紋。經上述分析，裂紋為淬火開裂，熱應力和組織應力疊加致淬火應力明顯增大而導致零件開裂。

4 合理確定熱處理工藝參數

在熱處理生產中，對于加熱介質、加熱速度、加溫、保溫時間等加熱參數的選擇和設計，是保證不引起裂紋的主要因素。

4.1 加熱介質

淬火裂紋與加熱爐有很大關系。不同的加熱爐在加熱工件時發生淬裂傾向是不同的，因此，在選擇加熱介質時，應同鋼件的重要性和價值聯系起來，一般在滿足性能要求的前提下，應盡量選擇低成本的設備。

4.2 淬火溫度的選擇

加熱溫度是淬火工藝中重要的參數，對工件的性能有著決定的作用。同時，也是影響淬火裂紋的一個因素。一般來說，淬火加熱溫度通常需根據鋼的臨界點來確定，對于亞共析鋼采用AC3+(30～50℃)，對于過共析鋼采用AC1+(30～50℃)，這個選擇方法稱淬火加熱溫度選擇原則。還應考慮鋼中含碳量、微量元素的影響及其零件形狀、尺寸、表面粗糙度等因素，選擇最合理的加熱溫度。

淬火溫度的降低使鋼的淬裂傾向大大減小。一般而言，形狀簡單的工件，可采用上限加熱溫度;形狀復雜、易淬裂的工件則應采用下限的加熱溫度。該軸承套材料為45號鋼，亞共析鋼，臨界溫度AC3為780℃，原淬火溫度為820℃，顯微組織中有局部過熱組織，現在把工藝調為810 ℃淬火。

4.3 加熱時間的確定

通常以裝爐后爐溫達到淬火溫度所需時間為升溫階段，并以此作為保溫時間的開始；保溫階段是指鋼件燒透并完成奧氏體化所需的時間。

保溫的目的是使工件燒透，組織轉變充分。保溫時間主要根據鋼的成分特點、加熱介質和零件尺寸來確定。鋼的含碳量越高，含合金元素越多，導熱性就越差，因而保溫時間就越長。生產上通常根據經驗公式來確定具體保溫時間。

4.4 淬火冷卻介質

為減小淬火內應力，防止工件淬火變形甚至開裂，在保證材料淬火中過冷奧氏體在鼻溫以上不發生其它組織轉變，迅速冷卻至Ms溫度以下發生馬氏體轉變的前提下，應選用冷卻能力弱的冷卻介質。

油類淬火介質的冷卻能力比水差，特別是在300～200℃范圍內冷卻速度比水低的多，因此，為減小工件的淬火應力，防止工件變形和開裂，應盡可能采用冷卻能力較緩和而又能達到淬火目的的冷卻介質。

5 結束語

由于淬火裂紋使粗加工的零件前功盡棄，所以研究和避免淬火裂紋的工作是不可忽視的。淬火裂紋是常見的淬火缺陷，產生的原因是多方面的。在生產過程中零件的淬火加熱和冷卻過程要嚴格控制，經常注意零件加熱是否均勻，儀表指示是否準確、嚴格控制淬火溫度，選擇合理的加熱溫度、保溫時間、加熱介質、冷卻介質、冷卻方法和操作方式等。盡量避免淬火裂紋的產生。

（編輯：林小江）

Analysis of cracks of No.45 steel shaft sleeve

Zhao Yi, Sun Haiyang, Wang Jian
( Department of Quality Control, Harbin Bearing Group Corporation, Harbin 150036, China )

Based on the analysis of the reason of No.45 steel shaft sleeve cracks, it is concluded that the stacking of thermal stress and structural stress makes the quenching stress signif i cantly increased, which results in part cracking, i.e. quenching cracking. The parameters of heat treatment are determined reasonably, and the process of quenching and cooling is controlled strictly, so that the cracks are reduced.

No.45 steel; shaft sleeve; heat treatment crack; process of quenching and cooling

TG156

B

1672-4852（2014）02-0099-02

2013-12-15.

趙 毅（1968 -），男，技師.