45号钢轴套热处理裂纹分析

赵 毅， 孙海洋， 王 健

（哈尔滨轴承集团公司 质量控制部，黑龙江 哈尔滨 150036）

45号钢轴套热处理裂纹分析

赵 毅， 孙海洋， 王 健

（哈尔滨轴承集团公司 质量控制部，黑龙江 哈尔滨 150036）

针对45号钢轴套热处理裂纹的原因进行分析，结论为热应力和组织应力叠加使淬火应力明显增大，导致零件开裂，即淬火开裂。合理确定热处理工艺参数，严格控制零件的淬火加热和冷却过程，减少了裂纹的产生。

45号钢；轴套；热处理裂纹；加热和冷却过程

1 前言

某轴套热处理后精车时，发现凸台横截面上沿圆周方向有肉眼可见的弧形及径向裂纹，外缘上亦有肉眼可见的环形裂纹，见图1。轴套材料为45号钢，热处理工艺为整体调质,硬度要求为220～250HB。

图1 轴承套裂纹示意图

轴套在运转时要受到各种载荷的作用,如弯曲、扭转、冲击等。当弯曲载荷较大、转速又较高时,还承受着很高的交变应力，因此要求轴套具有较高的抗疲劳强度和综合力学性能，同时要求具有较高的硬度和耐磨性。

通过对45号钢轴套热处理后产生裂纹的分析，旨在改善轴套的热处理工艺，减小淬火应力，减少热处理裂纹的产生。

2 轴套的加工工艺

机械加工工艺为：坯料→锻件→粗车→调质→精车。

热处理工艺为：淬火820℃，水冷；回火620℃，空冷。

技术要求：硬度(HB)220-250。

3 轴套检测分析

3.1 性能检测

硬度值实测为232HB，符合技术要求。

3.2 金相检测

宏观断口检查。用机械方法将零件切割，打开裂纹，断口表面大部分无金属光泽，局部已发黑，小部分有金属光泽且有撕裂状条带（为打断断口时造成），未见其他缺陷。断口低倍形貌见图 2。

3.3 显微分析

裂纹形态见图 3、图 4。裂纹走向弯曲，尾端较尖，沿晶开裂，裂纹两侧对偶状况良好，有较好的啮合齿，裂纹内部两侧边缘未见脱碳，有二次裂纹存在。

图2 断口形貌

图3 裂纹形态及显微组织，50×

图4 裂纹形态及显微组织，200×

心部显微组织为回火索氏体，未见异常组织，见图 5。裂纹边缘显微组织未见异常，见图6。近表面显微组织有局部超大晶粒，见图 7，有局部过热组织见图 8。

图5 心部显微组织，500×

图6 裂纹边缘显微组织200×

图7 近表面显微组织，200×

图8 近表面显微组织，200×

3.4 产生问题的原因分析

根据制造工艺，调质处理前粗车时未见裂纹，调质处理后精车时发现裂纹，说明裂纹产生于热处理工序。裂纹两侧未见脱碳层，打开的裂纹断口表面大部分氧化变黑，而后打断的小部分断口有金属光泽，说明表面氧化变黑是高温回火时氧化所致。裂纹为沿晶界开裂，尾端较尖，走向瘦直而刚健。裂纹两侧边缘未见脱碳。有两种可能原因，一是因为淬火前未开裂，淬火冷却时开裂，没有经过高温氧化，未产生氧化脱碳；二是因为零件开裂严重，裂纹较多，所取样品为热处理后裂纹扩展时的扩展裂纹。经上述分析，裂纹为淬火开裂，热应力和组织应力叠加致淬火应力明显增大而导致零件开裂。

4 合理确定热处理工艺参数

在热处理生产中，对于加热介质、加热速度、加温、保温时间等加热参数的选择和设计，是保证不引起裂纹的主要因素。

4.1 加热介质

淬火裂纹与加热炉有很大关系。不同的加热炉在加热工件时发生淬裂倾向是不同的，因此，在选择加热介质时，应同钢件的重要性和价值联系起来，一般在满足性能要求的前提下，应尽量选择低成本的设备。

4.2 淬火温度的选择

加热温度是淬火工艺中重要的参数，对工件的性能有着决定的作用。同时，也是影响淬火裂纹的一个因素。一般来说，淬火加热温度通常需根据钢的临界点来确定，对于亚共析钢采用AC3+(30～50℃)，对于过共析钢采用AC1+(30～50℃)，这个选择方法称淬火加热温度选择原则。还应考虑钢中含碳量、微量元素的影响及其零件形状、尺寸、表面粗糙度等因素，选择最合理的加热温度。

淬火温度的降低使钢的淬裂倾向大大减小。一般而言，形状简单的工件，可采用上限加热温度;形状复杂、易淬裂的工件则应采用下限的加热温度。该轴承套材料为45号钢，亚共析钢，临界温度AC3为780℃，原淬火温度为820℃，显微组织中有局部过热组织，现在把工艺调为810 ℃淬火。

4.3 加热时间的确定

通常以装炉后炉温达到淬火温度所需时间为升温阶段，并以此作为保温时间的开始；保温阶段是指钢件烧透并完成奥氏体化所需的时间。

保温的目的是使工件烧透，组织转变充分。保温时间主要根据钢的成分特点、加热介质和零件尺寸来确定。钢的含碳量越高，含合金元素越多，导热性就越差，因而保温时间就越长。生产上通常根据经验公式来确定具体保温时间。

4.4 淬火冷却介质

为减小淬火内应力，防止工件淬火变形甚至开裂，在保证材料淬火中过冷奥氏体在鼻温以上不发生其它组织转变，迅速冷却至Ms温度以下发生马氏体转变的前提下，应选用冷却能力弱的冷却介质。

油类淬火介质的冷却能力比水差，特别是在300～200℃范围内冷却速度比水低的多，因此，为减小工件的淬火应力，防止工件变形和开裂，应尽可能采用冷却能力较缓和而又能达到淬火目的的冷却介质。

5 结束语

由于淬火裂纹使粗加工的零件前功尽弃，所以研究和避免淬火裂纹的工作是不可忽视的。淬火裂纹是常见的淬火缺陷，产生的原因是多方面的。在生产过程中零件的淬火加热和冷却过程要严格控制，经常注意零件加热是否均匀，仪表指示是否准确、严格控制淬火温度，选择合理的加热温度、保温时间、加热介质、冷却介质、冷却方法和操作方式等。尽量避免淬火裂纹的产生。

（编辑：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.

赵 毅（1968 -），男，技师.