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淬火溫度高,水劑淬急冷造成撕裂狀裂紋的典型案例

轉(zhuǎn)盤軸承由于特殊的使用環(huán)境和要求,需要進行適當?shù)恼{(diào)質(zhì)工藝和滾道感應(yīng)淬火工藝,來滿足軸承使用過程中所需要的強度和沖擊韌度要求。某公司生產(chǎn)的轉(zhuǎn)盤軸承套圈經(jīng)過滾道表面感應(yīng)淬火后,滾道表面100%熒光磁粉檢測時,發(fā)現(xiàn)多件有裂紋,為了避免類似的缺陷重復(fù)出現(xiàn),減少不必要的經(jīng)濟損失,筆者對套圈裂紋性質(zhì)進行檢測分析。


該型號套圈材料為42CrMo鋼,加工工藝流程為:下料→鍛造制坯→輾擴→粗車→調(diào)質(zhì)→車加工→滾道感應(yīng)淬火。



一、理化檢驗


1、 宏觀檢驗
轉(zhuǎn)盤軸承套圈裂紋均位于套圈內(nèi)徑靠近端面處,每件套圈裂紋數(shù)量不等,裂紋多沿圓周方向分布,長短不一,最長裂紋約延伸3/4圓周,個別裂紋尾部已延伸至端面,裂紋套圈軸承宏觀形貌如圖1所示,其中一處裂紋形貌如圖2所示。

圖1 裂紋套圈軸承宏觀形貌


圖2  磁粉檢測套圈裂紋形貌


套圈滾道在表面感應(yīng)淬火時,由于受高溫熱影響而產(chǎn)生明顯變色,該熱影響區(qū)邊緣距離套圈端面約20mm,套圈裂紋靠近端面,裂紋處內(nèi)徑表面呈亮金屬色,遠離熱影響區(qū)。裂紋所在位置外觀形貌如圖3所示。

圖3 裂紋所在位置外觀形貌


2、化學成分分析
對套圈進行線切割取樣,尺寸為15mm×15mm×15mm,采用直讀光譜儀對套圈進行化學成分分析(見表1)。符合GB/T 3077—1999要求。

表1 套圈化學成分(質(zhì)量分數(shù))  (%)


3、金相檢驗
制取套圈裂紋橫向截面金相試樣,使用奧林巴斯顯微鏡觀察裂紋形貌。金相顯微形貌如圖4所示,可見該裂紋與表面呈一定角度,整體深約3.6mm,呈撕裂狀,兩側(cè)耦合,尾部較細,裂紋兩側(cè)有氧化,局部有氧化皮分布。裂紋頭部及尾部均未發(fā)現(xiàn)材料夾雜等其他異常情況。

用4%(體積分數(shù))的硝酸酒精溶液腐蝕裂紋截面處后在顯微鏡下觀察,裂紋處金相顯微形貌如圖5所示,可見裂紋兩側(cè)局部有貧碳現(xiàn)象。


圖4 裂紋尾部截面形貌     圖5 裂紋兩側(cè)局部貧碳


另經(jīng)檢查,裂紋處無貧碳區(qū)域與套圈基體的顯微組織形貌分別如圖6、圖7所示,裂紋處、套圈基體顯微組織無明顯差異,均為回火索氏體+鐵素體。由兩處的顯微組織對比可以看出,裂紋處的顯微組織并沒有受到滾道感應(yīng)淬火的影響。


圖6 裂紋處顯微組織形貌


圖7 套圈基體顯微組織形貌


4、硬度檢驗
經(jīng)洛氏硬度計檢測,套圈基體、裂紋兩側(cè)位置硬度結(jié)果見表2。根據(jù)檢測結(jié)果,裂紋部位硬度與基體硬度無明顯差異。


表2  套圈基體及裂紋兩側(cè)硬度值  (HRC)



二、分析討論


通過對該軸承套圈的宏觀檢驗、化學成分分析、金相檢驗及硬度檢測結(jié)果分析,可排除滾道感應(yīng)淬火對裂紋的影響,確定該裂紋為調(diào)質(zhì)淬火裂紋。

由于加熱保溫時間充足,調(diào)質(zhì)淬火裂紋產(chǎn)生的深度及寬度都比表面淬火裂紋略寬,且由于后續(xù)的高溫回火加熱,在無保護氣氛下會出現(xiàn)明顯氧化和氧化皮[1],裂紋尾部出現(xiàn)短而粗的撕裂狀形貌。調(diào)質(zhì)淬火裂紋延伸多沿圓周方向,靠近端面位置居多。

表面感應(yīng)淬火裂紋是由于加熱時間短,熱影響區(qū)僅限于淬硬層區(qū)域,產(chǎn)生的裂紋比較淺且細小,尾部非常尖細,分布和延伸方向也與調(diào)質(zhì)裂紋不同,在淬硬區(qū)呈短弧線狀分布的較多,并且淬火后的低溫回火不足以在裂紋兩側(cè)產(chǎn)生明顯氧化和貧碳[2]。

經(jīng)查,產(chǎn)生調(diào)質(zhì)淬火裂紋的原因是淬火工藝不恰當造成的,由于淬火加熱溫度在850~900℃,溫度相對過高,再通過水劑淬火冷卻介質(zhì)急劇冷卻[3],在組織轉(zhuǎn)變過程中,局部拉應(yīng)力大于材料的斷裂強度后產(chǎn)生的撕裂狀裂紋,這是造成轉(zhuǎn)盤軸承調(diào)質(zhì)淬火裂紋的主要原因之一。


三、結(jié)論及建議


1)經(jīng)過理化分析,出現(xiàn)調(diào)質(zhì)淬火裂紋的軸承應(yīng)予以報廢處理。

2)在調(diào)質(zhì)中,選擇合適的淬火工藝參數(shù),可適當降低淬火溫度,減少組織應(yīng)力和熱應(yīng)力。

3)調(diào)質(zhì)后,可以增加磁粉檢測工序,能夠及時發(fā)現(xiàn)裂紋,避免不合格品進入下一道工序。


參考文獻:

[1] 郝震宇,汪開忠,胡芳忠.淬火介質(zhì)對不同規(guī)格42CrMo鋼組織及性能的影響[J].安徽冶金,2016(4):15-19.

[2] 姜國清,林信智.淬火冷卻條件不良造成的淬火裂紋[J].金屬加工(熱加工),2014(3):20-22.

[3] 郁俐,涂小龍,吳韜,等.PAG水基淬火液對42CrMo鋼調(diào)質(zhì)組織性能影響的研究[J].新技術(shù)新工藝,2017,4(2):6-11..

來源:熱處理生態(tài)圈

作者:王嬋,李貴方等

單位:洛陽LYC軸承有限公司、航空精密軸承國家重點實驗室

來源:《金屬加工(熱加工)》雜志2020年第6期68-69頁


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