文/張軍改，張玉紅，杜會琨·河北東安精工股份有限公司，河北省楔橫軋技術(shù)創(chuàng)新中心

我公司40Cr 材質(zhì)的調(diào)質(zhì)鋼在楔橫軋后發(fā)現(xiàn)了5 ～6 根裂紋產(chǎn)品，與以往的齒輪鋼楔橫軋件因鋼材或模具等原因產(chǎn)生的裂紋表現(xiàn)形式不同，該產(chǎn)品是安保件，其裂紋缺陷如果不解決，將會對車輛造成極大安全隱患。毛坯圖見圖1。

問題排查

裂紋形式

此批40Cr 調(diào)質(zhì)鋼楔橫軋件裂紋宏觀形貌見圖2，該裂紋自球頭部分沿產(chǎn)品軸向曲線分布，裂紋很深，采用正常的砂輪磨削方式檢查其深度，未見裂紋消失，用帶鋸床沿垂直裂紋方向直徑約33mm 的橫截面橫向鋸開，裂紋深度約17mm。

圖3 所示為因模具輥縫大造成的輥縫裂紋(輥縫印)，該裂紋沿產(chǎn)品軸向呈近似直線分布，裂紋深度很淺，用砂輪稍微一蹭裂紋隨即消失。

圖4 所示為原材料造成的裂紋，該裂紋沿軋件旋轉(zhuǎn)方向分布，形成沿軸件表面螺旋分布的裂紋，如果裂紋源在軸件中心，則裂紋會沿軸線向左右對稱分布，且形狀為螺旋狀。

根據(jù)以上分析可知，此次裂紋既非模具造成的輥縫裂紋，也不是原材料造成的原材料裂紋。

軸件硬度

圖1 40Cr 材質(zhì)產(chǎn)品毛坯圖

圖3 模具輥縫造成的裂紋

圖4 原材料造成的軋件裂紋

該類軸件為保溫箱控溫冷卻，正常軸件硬度一般不超過250HB，圖5 所示為隨意抽取的兩根正常軸件的表面硬度，分別為182HB、195HB、200HB、200HB。裂紋軸表面硬度為575HB、555HB、555HB，如圖6 所示。由硬度對比可知，此裂紋軸并非正常冷卻軸，其硬度達(dá)到了淬火硬度。

圖5 正常軸表面硬度

圖6 裂紋軸表面硬度

軸件金相組織

圖7(a)和(b)所示分別為此裂紋軸橫截面100倍和500 倍金相組織，由圖7 可知，裂紋組織為板條馬氏體。圖8(a)和(b)所示分別為正常余溫正火軸橫截面100 倍和500 倍金相組織，由圖8 可知，正常軸組織為鐵素體+珠光體。

從以上分析可知，該軸裂紋并非模具或原材料造成的裂紋，而硬度和金相組織顯示，該軸并非正常控溫冷卻硬度和金相組織，推斷有可能是工人為了盡快對軋件進(jìn)行檢驗，“紅”軸入水冷卻造成了軸件淬火。

試驗驗證

試驗材料及方法

為驗證軸件是否淬火，我們對軋制后的軋件進(jìn)行入水試驗，試驗樣件數(shù)量為5 個，樣件入水前溫度為919 ℃、919 ℃、920 ℃、920 ℃、919 ℃，水溫為36.6℃。將5 個溫度超過900℃的軋件，依次放入36.6℃的水中。

試驗結(jié)果及分析

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，3 個軋件表面出現(xiàn)了如此次軋件一樣的裂紋，2 個軋件未發(fā)現(xiàn)裂紋。由此推斷，可能是由于先放入的軸件溫度高，水溫能保持36.6℃，而后放入軸件的溫度有所降低，且因已有熱軸放入水中，使水溫有所升高，所以后面的2 件軸未見裂紋。

加熱溫度和水溫對裂紋的影響

試驗材料及方法

依然選取5 個樣件，其中，4 個軸件入水前溫度為860℃，1 個軸件入水前溫度在500℃以下；準(zhǔn)備四桶水，水溫分別為常溫、36℃、45℃、50℃；準(zhǔn)備一桶常溫油。將4 個860℃的軸件分別放入常溫油和溫度為36℃、45℃、50℃的水中，1 個溫度在500℃以下的軸件放入常溫水中。

圖7 裂紋軸金相組織

圖8 正常軸金相組織

試驗結(jié)果

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，所有軸件均未見到裂紋。經(jīng)過對操作人員調(diào)查，了解到以前的產(chǎn)品都是“紅”軸入水，并未見到裂紋。對此批產(chǎn)品的成分和端淬分析可知，此批材料端淬高，淬透性好，而以往產(chǎn)品要么是齒輪用鋼，屬于低碳鋼或低碳合金鋼，淬透性差，要么是調(diào)質(zhì)鋼的低淬透性鋼，淬透性較此批產(chǎn)品差。因此，此批產(chǎn)品在高溫入水時因淬透性好、應(yīng)力大而導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生。

結(jié)論

⑴“紅”軸溫度太高和入水水溫太低，易導(dǎo)致軸件淬火應(yīng)力過大，產(chǎn)生裂紋。

⑵軸件溫度低于860℃，水溫高于36℃和常溫油，均不會導(dǎo)致軸件裂紋。為保險起見，軸件入水溫度應(yīng)低于500℃，即肉眼觀察軸件變黑后可放入水中快速冷卻。

⑶對于調(diào)質(zhì)鋼等淬透性較高的材料，工件入水前溫度應(yīng)降至500℃以下，即變黑后方可入水，且工件入水水溫應(yīng)高于36℃。