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的熱處理缺陷,嚴(yán)重時將導(dǎo)致零件報廢。以35鋼盤狀零件和20CrMnTi鋼汽車后橋錐齒輪為例,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(yù)防措施。
一般說來,鋼件淬火時在Ms點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(shè)計不良、材料的使用不當(dāng)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。下面通過兩個較典型的案例分析來探討對這類淬火缺陷的分析方法及應(yīng)采取的相應(yīng)對策。
1、淬火裂紋
圖1所示為一盤狀零件,材料為35鋼,調(diào)質(zhì)處理,硬度要求為28～32HRC。工藝路線:下料→鍛造→機(jī)加工→調(diào)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(zhuǎn)空氣中冷卻。500～550℃×25min回火。該零件曾一度成批出現(xiàn)淬火裂紋。
1.1、裂紋分析
裂紋起源于零件內(nèi)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狀,向外伸展稍帶弧形。經(jīng)金相分析,裂紋兩側(cè)無脫碳現(xiàn)象。裂紋尾端呈尖狀,裂紋伸展有力�；w組織正常,縱向中心部位取樣分析未發(fā)現(xiàn)夾雜物異常和超標(biāo)現(xiàn)象。
圖1 盤狀零件簡圖
1.2、原材料檢查
在淬裂的盤狀零件上取樣做化學(xué)成分分析,碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.38%,符合GB699標(biāo)準(zhǔn)中35鋼的化學(xué)成分規(guī)定。這表明裂紋的產(chǎn)生與材質(zhì)無關(guān)。
1.3、工藝過程檢查
現(xiàn)場取三硝水進(jìn)行密度分析為1.105～1.107g/ml,工藝文件規(guī)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,現(xiàn)場操作調(diào)查還發(fā)現(xiàn)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(jié)論
(1) 調(diào)整三硝水密度 為了證實三硝水密度的作用,將三硝水密度調(diào)整到規(guī)定的范圍(1.45 ～1.50g/ml)再淬火,產(chǎn)生裂紋的現(xiàn)象大大減少。但因在三硝水中停留的時間掌握不當(dāng),產(chǎn)生裂紋現(xiàn)象仍不能杜絕。
(2) 調(diào)整該件在三硝水中的停留時間 該件在三硝水中停留時間按每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(jié)論 該件淬火裂紋的產(chǎn)生,是因淬火冷卻介質(zhì)三硝水密度過低及在三硝水中停留時間過長兩個綜合原因所致。
1.5、預(yù)防和補救辦法
(1) 縮短三硝水的檢測周期,嚴(yán)格控制密度在1.45～1.50g/ml內(nèi),并嚴(yán)肅工藝紀(jì)律,加強專職工藝員監(jiān)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。
