外联主轴开裂原因分析及工艺试验

德州联合石油机械有限公司 （山东 253034） 霍焕志 曹 锐

40CrNiMo是一种高淬透性的合金钢，调质后具有较好的综合力学性能，常用来制作强度高、塑性好的重要零部件。在我公司也广泛的应用在产品的各种配件中。近期，热处理车间在调质一种40CrNiMo的配件时，出现批量开裂的情况。为了寻找开裂原因，在以后的生产过程中避免类似情况的发生，我们对开裂产品进行了解剖，并对热处理工艺进行了重现和改进。

1.开裂分析

外联主轴材质为40CrNiMo，工艺路线：下料→锻造→锯→二次锻造→退火→调质。4根外联主轴调质后，均出现纵向开裂现象。

经化验，成分符合40CrNiMo的技术要求。金相观察，产品表面有脱碳现象（锻造加热过程中产生），但裂纹附近未发现明显的缺陷和脱碳现象，初步判断为淬火过程中开裂。开裂图片见图1（方形缺口为取试样后留下）。

图1

2.试验目的

验证该主轴直径条件下，是否为40CrNiMo材质的危险尺寸，即在该尺寸下淬火，容易产生开裂，锻造后的表面脱碳是否容易导致淬火开裂，粗车锻造层前后对该产品性能的影响。

3.试验过程

本次试验共下料4件，其中2件采用产品的正常加工过程（工艺1：锻造→退火→调质。记为3#和4#），另外2件增加一定材料定额（单边增加10mm的加工余量），在退火和调质之间增加一道粗车工序，扒掉锻造层（工艺2：锻造→退火→粗车→调质。记为1#和2#）。分别对4件产品进行工艺加工至成品，主要关注产品在各环节的状况。

1#和3#为同一炉，淬火设备采用120kW井式炉，装炉温度600℃，淬火冷却介质为柴油；回火设备采用105kW井式炉，回火冷却方式为水，出水温度为室温。表面硬度：1#为300HBW（粗车后），3#为335HBW（有裂纹）。1#和3#的热处理工艺曲线见图2。

图2

2#和4#为同一炉，淬火设备：90kW井式炉，装炉温度574℃，淬火冷却介质为柴油；回火设备采用105kW井式炉，回火冷却方式水，出水温度为室温。表面硬度：2#为310HBW（粗车后），4#为280HBW。2#和4#的热处理工艺曲线见图3。

调质结果：4件产品调质后，表面硬度合格。1#沿锻造缺陷方向产生了纵向裂纹，其他3件产品未发现开裂。对4件产品分别取试样后，继续加工至成品，4件主轴成品后磁粉检测，并没发现表面缺陷。

图3

金相组织：图4（粗车后调质）、图5（锻后直接调质）均为回火索氏体+少量铁素体，级别为2级，组织差异不大。

图4

图5

取φ10mm试样做拉伸试验，力学性能结果见附表。由附表可见，由于40CrNiMo淬透性较好，是否粗车，对该尺寸下产品调质后的力学性能影响不大，各项指标都维持了较高的水平。

力学性能测试表

4.结语

（1）4件中有3件未产生开裂，1件产生开裂（调质前存在一定的锻造缺陷），且在后续机加工过程得以消除，判断该直径（φ36mm和φ55mm）不是40CrNiMo的危险尺寸。

（2）锻造后增加粗车工序，可以消除锻造过程中产生的缺陷和锻造时产生的脱碳层，减少淬火过程中的开裂倾向。

（3）由于40CrNiMo的淬透性较好，在该尺寸条件下，各项性能指标均能达到产品设计要求，而锻造层对其调质后的性能影响不大。

建议该类产品可以在退火后增加一道粗车工序，消除锻造过程中产生的缺陷和表面脱碳层，减少淬火过程中的开裂倾向。

（20130813）