1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 感應(yīng)淬火零件的裂紋問題上海恒精機電設(shè)備有限公司（） 江國清 林信智感應(yīng)淬火零件的裂紋問題，是感應(yīng)熱處理工作者的一個重要課題。在各種質(zhì)量問題之中，淬火裂紋問題最為突顯。它時常出現(xiàn)、形式多樣、原因復(fù)雜，解決起來又比較困難，危害也比較嚴重。很多人視淬火裂紋如虎，談裂紋而色變。感應(yīng)淬火裂紋問題盡管是個復(fù)雜而難纏的問題，但是它的原因是可以追索的，它的發(fā)生是可以防御的。以下按淬火裂紋的成因為序介紹各種感應(yīng)淬火裂紋。1.零件結(jié)構(gòu)或表面質(zhì)量等因素導(dǎo)致的淬火裂紋零件結(jié)構(gòu)或表面質(zhì)量等因素導(dǎo)致的淬火裂紋，在導(dǎo)致淬火裂紋的諸多因素中，結(jié)構(gòu)和表面質(zhì)量因素是主導(dǎo)因素。零件的淬火區(qū)域內(nèi)，形狀復(fù)雜

2、、尺寸突變或表面粗糙度不好時，在普通熱處理的淬火過程中就容易產(chǎn)生淬火裂紋。這些零件在感應(yīng)淬火時，由于加熱速度快、冷卻激烈，這些結(jié)構(gòu)因素更容易引發(fā)淬火裂紋。在感應(yīng)淬火區(qū)域中如存在臺階、端頭、尖角、鍵槽、孔洞和油道等結(jié)構(gòu)，感應(yīng)加熱時能導(dǎo)致感應(yīng)電流集中，使該部位過熱、硬化層過深而產(chǎn)生淬火裂紋。這些結(jié)構(gòu)最好能進行修正，例如把臺階或端頭的尖角去掉，孔洞的出口加上倒角等措施均能收到消除或減少淬火裂紋的效果。發(fā)動機曲軸工作時高速旋轉(zhuǎn)，為加強潤滑，在軸頸上都有潤滑油孔，而油道孔一般是斜的，在出口處造成了孔壁的厚薄不均，感應(yīng)淬火不僅在油孔周圍形成放射狀的淬火裂紋，而且在油道壁最薄的地方由于淬透而產(chǎn)生淬火裂紋，該

3、裂紋向軸頸表面擴展，到達表面時形成“C”形，被人們稱為“C”形裂紋。這種斜油孔有時也可能不產(chǎn)生淬火裂紋，但在油孔的薄壁表面上能看到直徑57mm白色斑點，證明該處淬火加熱溫度是相當(dāng)高了，蘊育著裂紋的危險。（1）轉(zhuǎn)向節(jié)臺階淬火裂紋 載重車轉(zhuǎn)向節(jié)的55mm軸頸及根部圓角和85mm臺階外圓均需感應(yīng)淬火，由于淬火工藝不當(dāng)，使85mm臺階倒角處的正下方硬化層太深，而產(chǎn)生淬火裂紋。經(jīng)工藝調(diào)整使該處硬化層減薄，消除了淬火裂紋。（2）減振器軸端頭裂紋 減振器軸使用圓筒形感應(yīng)器同時加熱淬火，在其端頭容易出現(xiàn)裂紋，人們稱之為“掉角”或“耍圈”。減振器軸的技術(shù)條件規(guī)定全長淬火，淬火工藝稍有不當(dāng)，使端頭硬化層太深，即產(chǎn)

4、生淬火裂紋。解決辦法是改進感應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，即將感應(yīng)器有效圈兩端孔徑擴大，或?qū)⒂行偢叨葴p小，總之必須將零件端頭淬火層減薄，淬火裂紋即可消除。 汽車發(fā)動機凸輪軸的凸輪也出現(xiàn)過類似的裂紋。上述兩個例子的裂紋機理是相同的，都是因為結(jié)構(gòu)因素使臺階和端頭的感應(yīng)電流集中（感應(yīng)電流的邊緣效應(yīng)強烈），使該處的加熱溫度高、加熱層深了，在后來的淬火冷卻時其表面層瞬間形成了馬氏體薄層，而隨后的冷卻中，薄層下部的奧氏體組織不斷地轉(zhuǎn)變?yōu)楸热莞蟮鸟R氏體組織，并向外擠壓，使最初形成的馬氏體薄層受到擠壓而產(chǎn)生拉伸應(yīng)力作用，進而產(chǎn)生了裂紋，裂紋嚴重時剝落掉角。（3）孔洞的邊緣裂紋 感應(yīng)淬火區(qū)域內(nèi)如有孔洞，在其邊緣將產(chǎn)生放

5、射狀的淬火裂紋。汽車鋼板彈簧銷上的油孔、曲軸軸頸油孔及絞盤軸上銷孔，均發(fā)生過這種孔洞邊緣的淬火裂紋。由于孔洞存在，迫使感應(yīng)電流在孔洞的軸線兩側(cè)繞行，孔洞周圍的感應(yīng)電流的密度分布不均勻，在孔洞的軸線兩側(cè)渦流密度大，而與軸線垂直的孔洞兩側(cè)渦流密度小，于是前者成了高溫區(qū)，后者成了低溫區(qū)（見圖1）。由于孔洞周圍區(qū)域的加熱溫度不同，淬火組織轉(zhuǎn)變的過程也不同（有先有后），淬火后的硬化層厚度也不同，高溫區(qū)硬化層厚些，低溫區(qū)硬化層薄些，因此產(chǎn)生了組織應(yīng)力和熱應(yīng)力，這種應(yīng)力是產(chǎn)生孔洞邊緣淬火裂紋的根本原因。再者孔洞結(jié)構(gòu)，使其邊緣的冷卻情況較其他部位更為激烈，進一步增加了孔洞邊緣產(chǎn)生淬火裂紋的敏感性。圖1 孔洞附

6、近的渦流及溫度分布1.渦流線 2.高溫區(qū) 3.低溫區(qū)從上述分析可知，孔洞直徑越大，其邊緣溫度的不均勻性越大，淬火裂紋的傾向性越大。一般說來，高頻淬火時孔洞直徑大于3mm，中頻淬火時孔洞直徑大于5mm，就有出現(xiàn)孔邊淬火裂紋的危險性。防止孔洞邊緣的淬火裂紋有以下幾種辦法：第一種：孔洞打入銷子。在加熱前向孔內(nèi)打入低碳鋼銷子，銷子的頂面與孔邊表面相平。加熱時孔洞周圍電流密度均勻，溫度一致，可以有效地防止孔邊淬火裂紋的產(chǎn)生。由于鋼銷淬火后膨脹、取出困難，所以往往用紫銅銷代替。這種辦法費工費料，只適合單件或小批量零件的淬火時采用。第二種：孔洞內(nèi)塞入濕軟木銷或石棉繩。這種辦法雖然不能改變孔洞周圍的加熱溫度的

7、不均勻問題，卻能適當(dāng)?shù)亟档涂锥催吘壍拇慊鹄鋮s速度，也能在一定程度上防止孔邊裂紋的產(chǎn)生。這種辦法也不適合于大量生產(chǎn)。第三種：堵有效圈對應(yīng)噴水孔（適用于同時淬火自噴水感應(yīng)器）。將與零件孔洞對應(yīng)的有效圈上噴水孔堵塞。這種辦法雖然不能改變孔邊的溫度不均勻性，卻能改善它的冷卻條件，變原來的噴水冷卻變?yōu)榱魉鋮s，降低了冷卻速度，從而在一定程度上防止了淬火裂紋的產(chǎn)生。這種辦法在汽車鋼板彈簧銷出現(xiàn)孔邊淬火裂紋時采用過，有較好效果。第四種：在有效圈上對應(yīng)零件孔洞的地方鑲?cè)脒m宜尺寸的硅鋼片導(dǎo)磁體，如圖2 所示。這一辦法主要用于解決曲軸油孔的淬火裂紋和“C”形裂紋。當(dāng)曲軸使用分合式圓環(huán)感應(yīng)器淬火時，有效圈直徑較大，

8、并有一定寬度和厚度，便于鑲?cè)雽?dǎo)磁體。圖2 曲軸感應(yīng)器鑲?cè)雽?dǎo)磁體 1.感應(yīng)器有效圈 2.導(dǎo)磁體 3.噴水孔 4.曲軸 5.斜油孔在有效圈上鑲?cè)牍桎撈瑢?dǎo)磁體，這種辦法主要用于解決大曲軸的油孔淬火裂紋和“C”形裂紋，其原因有三條：有效圈內(nèi)側(cè)鑲?cè)氲墓桎撈瑢?dǎo)磁體，具有很高的磁導(dǎo)率，能把穿過油孔及其周邊區(qū)域的磁力線吸引出來，從而減少了該處感應(yīng)電流密度、降低了油孔周圍的加熱溫度，因此可以減少或消除淬火裂紋。為了鑲嵌導(dǎo)磁體，必須在有效圈內(nèi)側(cè)銑出一個長條形的溝，相當(dāng)增加了油孔附近的間隙，從而降低了油孔邊緣的加熱溫度，也能減少或緩解淬火裂紋的產(chǎn)生。鑲嵌上的導(dǎo)磁體的地方，沒有噴水孔，能改善油孔附近的冷卻條件，這種辦

9、法具有堵塞噴水孔的功能，在減少或消除淬火裂紋方面也有作用。如果設(shè)計上允許，淬火區(qū)域中的孔洞在其出口處加上倒角，對防止淬火裂紋是有效的，而且倒角越大效果越好。（4）孔洞附近的“C ”形裂紋 淬火區(qū)域內(nèi)存在孔洞，有時在孔洞附近的軸頸表面上發(fā)現(xiàn)“C”形裂紋。有時它騎在油道孔之上，距離孔邊緣2030mm，呈圓弧形，弧長有時達3040mm之巨，這種裂紋在磨削時會有所發(fā)展，并以薄片形式剝落下來。這種裂紋始于孔壁，圖3就是證明。曲軸的油道孔是斜的（見圖2 ) ，油道孔的內(nèi)壁到軸頸表面的厚度，各處不相等，在最薄的地方極易淬透，而且該處的硬化層的厚度也大于其他任何部位，于是出現(xiàn)了相當(dāng)端頭硬化層太深導(dǎo)致裂紋的情況

10、，在油道孔壁薄而淬透的地方出現(xiàn)了裂紋，它以薄片形式向表面擴展，與表面相貫時形成了“C”形痕跡。 圖3 曲軸“C”形裂紋始于孔壁 圖4 曲軸油孔底部硬化層局部加深曲軸油孔底部硬化層局部加深的情況如圖4所示。淬火區(qū)域的孔洞垂直于軸線時，同樣會產(chǎn)生“C ”形裂紋。離合器踏板軸的銷孔的左一半在淬火區(qū)域里（孔的左面是淬火區(qū)域），于是在孔的左側(cè)出現(xiàn)了“C”形淬火裂紋。手剎車蹄片軸的油孔在淬火區(qū)域中間，于是在油孔兩側(cè)出現(xiàn)了幾乎對稱的“C ”形裂紋，當(dāng)這兩條裂紋連起來時，形成一個桃形的薄片剝落下來?？椎妮S線兩側(cè)硬化層加深，并在孔壁上首先產(chǎn)生裂紋，裂紋擴展到軸頸表面，形成“C ”形。 防止這種裂紋有以下幾種辦法

11、： 嚴格控制硬化層深度。調(diào)整工藝參數(shù)，保證加熱層不能太深，尤其是孔洞處，使其硬化層深度不超過技術(shù)要求的上限，而其他部位硬化層深度應(yīng)在技術(shù)要求的下限。對于曲軸而言，除盡量減薄加熱層厚度以外，還應(yīng)控制材料的淬透性，使油孔處的硬化層深度減下來，這是防止這種裂紋最有效的辦法。 在孔洞中打入銷子，堵對應(yīng)噴水孔或在感應(yīng)器上置入導(dǎo)磁體等方法，對防止這種裂紋也都有一定效果。降低加熱比功率、減少加熱速度，增加傳熱效果，提高孔洞周圍的溫度均勻性及提高自行回火溫度等辦法，均能減少或消除這種裂紋。（5）花鍵底徑圓角太小引發(fā)的淬火裂紋 冷軋花鍵軸由于軋滾邊棱太尖（其圓角半徑R=0.1mm），在鍵槽底徑形成內(nèi)尖角，淬火過

12、程中產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而引發(fā)淬火裂紋。同一種花鍵軸上，將軋滾的邊棱圓角半徑加大到R=0.8mm，在花鍵軸的橫剖面上能明顯地看出底徑圓弧，這時用相同的淬火工藝參數(shù)，得到相同的淬火硬度和硬化層深度，則不再產(chǎn)生淬火裂紋。（6）表面粗糙度太差引發(fā)的淬火裂紋 零件表面的粗糙度太差，殘留的刀痕太深，均可能引發(fā)淬火裂紋。某種汽車半軸花鍵是滾銑成形的，新?lián)Q的滾刀刃鋒太尖，留下深達0.3mm的刀痕，它就是淬火裂紋的源頭。剖析多根半軸花鍵的齒面裂紋，無一例外，裂紋都是從刀痕的尖部開始，因此可以證明，刀痕引發(fā)了淬火裂紋。某種汽車傳動軸花鍵軸的圓錐面與軸頸之間的過渡圓角是車削成形，有時也留有較深的刀痕，故引發(fā)淬火裂紋。

13、2.淬火冷卻條件不良造成的淬火裂紋感應(yīng)淬火的冷卻速度和冷卻均勻性是十分重要的參數(shù)，如果淬火冷卻介質(zhì)的冷卻性能不良或冷卻方式不佳，也能造成淬火裂紋或其他缺陷。感應(yīng)淬火一般是零件的表面層淬火，淬火冷卻速度應(yīng)該很快，否則達不到表面淬火的目的。為此多采用噴射冷卻方式。但冷卻也不能過分激烈，否則要產(chǎn)生淬火裂紋和變形?，F(xiàn)在我國的一些工廠感應(yīng)淬火的淬火介質(zhì)是自來水，自來水不是理想的淬火冷卻介質(zhì)，它冷卻速度太大，尤其是在Ms 點以下時，由于冷卻速度大，時常造成零件的淬火裂紋。盡管如此，自來水的清潔、廉價、環(huán)保等優(yōu)點仍然為人們青睞。感應(yīng)淬火的理想淬火介質(zhì)是在鋼的“S"曲線的“鼻子”附近有大的冷卻速度要

14、大于或等于臨界冷卻速度。而在Ms點以下具有小的冷卻速度（接近于淬火油的冷卻速度）。為了滿足這一要求，國內(nèi)外多家公司開發(fā)并生產(chǎn)多種有著優(yōu)良地冷卻性能的淬火介質(zhì)。例如美國Houghton 公司、德國PETROFER 公司、以及南京科潤公司、北京華立公司等。下面介紹幾例由于冷卻不良造成的淬火裂紋。例1 冷卻速度太快造成的淬火裂紋半軸花鍵淬火裂紋花鍵形狀復(fù)雜，在連續(xù)（掃描）感應(yīng)淬火時（用水淬火）容易產(chǎn)生淬火裂紋。中、重型載重汽車的半軸花鍵都是漸開線花鍵，如果模數(shù)大（M3 ) ，齒形高（4 mm），在中頻淬火時，使用自來水噴射冷卻淬火，時常出現(xiàn)淬火裂紋，當(dāng)淬火水溫低于20 時，淬火裂紋還相當(dāng)嚴重，裂紋形

15、態(tài)如圖16 所示。圖17展示了水的噴射冷卻和浸沉冷卻的冷卻能力情況，噴射冷卻速度大約是浸沉冷卻速度的4倍左右。半軸花鍵的模數(shù)較小 ，齒形不高（3）時噴水淬火，花鍵裂紋的危險性會大為減小，甚至不產(chǎn)生裂紋。汽車半軸是傳遞扭矩的零件，要求有高的靜扭強度和扭轉(zhuǎn)疲勞強度，因此要求有較深的硬化層（中、重型貨車半軸的軸桿硬化層多為47 mm 和712mm) ，材料多為中碳合金鋼（40Cr 或42CrMo 等）。應(yīng)該說明，隨著材料的合金化的上升和淬火層深度的加大，半軸的淬火變形和花鍵淬火裂紋的傾向也加大了。這種裂紋使用適當(dāng)濃度的淬火介質(zhì)是可以消除或減輕的。 ( a）裂紋外觀； ( b）橫剖面上的裂紋形態(tài)圖16

16、 半軸花鍵感應(yīng)淬火裂紋形態(tài) 圖17 水的噴射冷卻和浸液冷卻的冷卻能力比較 （水溫28 ，噴射流量220 mL / s ) 例2 提高淬火水溫度可以消除冷軋花鍵軸的淬火裂紋。某種汽車的傳動軸花鍵是用40 MnB 鋼制造、花鍵冷軋（或冷擠）成形、留下很大的殘余應(yīng)力，這種殘余應(yīng)力能夠引發(fā)淬火裂紋，尤其以自來水為淬火劑并噴射淬火時，水溫低時出現(xiàn)嚴重的花鍵淬火裂紋，裂紋形態(tài)如圖12所示【2】。實驗證明，淬火水的溫度對淬火裂紋情況有明顯影響，見表1 。表1 淬火水溫度對冷軋花鍵淬火裂紋的影響淬火水溫度裂紋情況裂紋比例%裂紋程度30405060688060 50 100嚴重嚴重一般輕微無注： 淬火水泵壓力0

17、.15 0.2 MPa ，噴水器噴水壓力0.015 MPa 。 每種水溫度淬火零件20 件。 磁粉探傷檢查裂紋 在資料【1】圖3-19介紹了各種淬火水溫度在噴射冷卻的情況下的冷卻能力曲線。現(xiàn)選擇該圖200350期間（馬氏體轉(zhuǎn)變溫度）的數(shù)據(jù)，制成表2。表2 在200 350 區(qū)間各種溫度水的最大冷卻能力噴射冷卻水溫度最大冷卻速度（/s）噴射冷卻水溫度/1520304050200018001400900550浸沉冷卻（水溫15 ）600由表2 我們可以看出當(dāng)水溫為50 時，其噴射冷卻的最大冷卻速度，已經(jīng)略低于靜水浸沉冷卻速度，于是我們可以解釋，當(dāng)水溫升到68 （實際生產(chǎn)時多用58 ），對冷軋花鍵軸

18、連續(xù)淬火，可以消除其淬火裂紋的原因。冷軋花鍵軸中頻連續(xù)淬火時，產(chǎn)生淬火裂紋的影響因素較多，如前面已經(jīng)介紹了花鍵底徑的圓角半徑的影響，現(xiàn)在又介紹了淬火水溫度的影響，以后還將介紹淬火前殘余應(yīng)力大小對淬火裂紋的影響等，然而在諸多的影響因素中，淬火水溫度的影響顯然是主導(dǎo)的。實踐證明，硬化層要求較?。?3 mm ）的花鍵軸及一些形狀簡單的零件，感應(yīng)淬火時可以使用自來水為淬火介質(zhì)，提高水的溫度，能夠有效地減少或消除淬火裂紋。例3 淬火冷卻條件的不均勻造成的淬火裂紋。某種汽車的轉(zhuǎn)向節(jié)主銷是直徑38 mm 的圓柱形零件，用45 鋼制造，分兩次用圓筒式感應(yīng)器進行中頻同時加熱淬火（工藝參數(shù)：8 kHz、180 k

19、w 、加熱4.6s 、冷卻9s ) ，硬化層為23 mm 。以水為淬火介質(zhì)，噴射壓力為0.2 MPa ，淬火時零件不旋轉(zhuǎn)。曾發(fā)生嚴重地滿圓柱面分布的點狀裂紋，如圖18 所示。裂紋長度36 mm ，深度0.2 0.34 mm ，少則一條，多則三條（擠在一起）, 一堆一堆分布，遠距離觀察時似乎是一個個黑點（黑磁粉探傷顯示），故有時稱為點狀裂紋。這種裂紋與感應(yīng)器的噴水孔完全對應(yīng)（見感應(yīng)器噴水孔分布圖，圖19）【3】。 圖18 主銷光滑圓柱面上的淬火裂紋 圖19 主銷感應(yīng)器上噴水孔分布在探索裂紋原因的過程中，偶然發(fā)現(xiàn)，淬火后的零件在無心磨床上輕輕刮一下，表面有規(guī)律地分布著這些白點（圖20 ），這些白點

20、是局部凸起，經(jīng)過計算和測量，局部凸起的高度為0 . 010 . 015 mm 。經(jīng)磁粉探傷，看到每個凸起上均有裂紋。這個偶然發(fā)現(xiàn)說明，光滑的圓柱面的零件中頻淬火后不再光滑，而是出現(xiàn)了若干個小凸起，而小凸起與噴水孔一一對應(yīng)，顯然在零件不旋轉(zhuǎn)的情況下，對應(yīng)噴射孔的零件表面被水柱強烈噴射冷卻，而其他地方冷卻相對是緩和的，這些點狀裂紋是淬火冷卻是不均勻造成的。從噴水孔噴出的高壓水柱，是局部凸起的始作俑者。因此，我們可以推斷，任何增加冷卻均勻性的措施，都是減少局部凸起的措施，也肯定是減少或消除淬火裂紋的措施【3】 。為了減小局部凸起，進而減輕淬火裂紋，我們采取了幾項措施，均收到較滿意地效果。采取某些措施

21、后，零件表面的局部變形情況有明顯好轉(zhuǎn)，如圖21所示。為了消除淬火裂紋，我們進行了多種試驗（圓筒式感應(yīng)器，同時加熱淬火）： （a） （b） （c）圖20 主銷淬火后表面的局部突起圖 圖21 淬火主銷磨去0.005mm后，表面斑痕情況(a）間隙2.8 mm，零件淬火不旋轉(zhuǎn)，(b）間隙4.3 mm , 零件淬火旋轉(zhuǎn)；(c）間隙4.3mm，零件淬火不旋轉(zhuǎn) 間隙大小對淬火裂紋的影響。零件表面到感應(yīng)器有效圈內(nèi)表面之間的距離稱為間隙，間隙大小對淬火裂紋有明顯影響，見表3 。表3 間隙大小對淬火裂紋的影響3間隙/mm工藝參數(shù)裂紋比例/ %加熱功率/ kw加熱時間/ s冷卻時間/ s淬火水壓/ MPa1.82.

22、82.84.31801801601604.54.55.55.57.09.09.09.00.20.20.250.2510055408分析表3 可知，間隙增加能顯著地減少淬火裂紋，間隙由1.8 mm 增加至4.3mm , 淬火裂紋由100下降到8。間隙增大，使間隙中的存水層或流水層加厚了，從而大大緩沖了噴射水柱的冷卻強度，也使水柱分散的面積更大，增加了淬火冷卻的均勻性，自然也就減少了零件表面的局部變形，這一分析從圖21 的照片上可以得到證明，比較圖中（a）和（c），可以看到由于間隙增大，斑點直徑增加了，大部地方已經(jīng)連成一片，說明局部變形已經(jīng)減小，因而減小了淬火裂紋。從表中還可以分析出在相同間隙（2

23、.8 mm ）的情況下，適當(dāng)減少加熱功率，也能減輕淬火裂紋，這也許是加熱緩和一些對熱應(yīng)力的減小有好處。 噴射壓力對淬火裂紋的影響。淬火水的噴射壓力對裂紋情況也有明顯影響，見表4 。表4 淬火水噴射壓力對淬火裂紋的影響淬火水壓/MPa工藝參數(shù)裂紋比例/ %間隙/mm加熱功率/ kw加熱時間/ s冷卻時間/ s0.24 0.122.8 2.8180 1804.64.69.09.046.723.3注：每組試件為30 件，零件硬化層3.0 mm ，表面硬度淬火后為HRc6364 ，精磨至38.1538.25 后。磁粉探傷。表3 試件數(shù)量為每種100 件，其余條件同此表。表4 說明淬火水噴射壓力越大，淬

24、火裂紋情況越嚴重，這大慨是隨著噴射壓力的提高，噴出的水柱越強勁，冷卻的均勻性越差，淬火裂紋自然越多。 零件旋轉(zhuǎn)可以消除淬火裂紋。零件在感應(yīng)加熱和淬火冷卻過程中，一直旋轉(zhuǎn)，能夠根除這種裂紋。從圖21 ( b）可以看到，由于零件的旋轉(zhuǎn)，完全消除了零件表面的局部凸起變形，說明淬火冷卻是均勻了。因此根除了點狀分布的淬火裂紋。同樣形態(tài)的點狀淬火裂紋在剎車凸輪軸的軸頸（圖22 ）及剎車蹄片軸的軸頸上（圖23 ) , 均有發(fā)生，采用增大間隙，減少功率及零件旋轉(zhuǎn)等措施，均能收到減少裂紋和根除裂紋的效果。 圖22 剎車凸輪軸頸的點狀淬火裂紋 圖23 剎車蹄片軸點狀淬火裂紋3、 材料因素造成的淬火裂紋 感應(yīng)淬火零

25、件的材料成分、材料質(zhì)量和原始應(yīng)力狀態(tài)，都將影響零件的淬火裂紋產(chǎn)生與消除。 零件的材料成分決定于零件的服役條件。用于制造結(jié)構(gòu)零件的低碳鋼、中碳鋼和中碳合金鋼而言，淬火硬度與含碳量成正比，零件的服役條件要求有較高耐磨性時，所選材料應(yīng)該有較高的含碳量，以保證零件感應(yīng)淬火后有較高的表面硬度。不過，當(dāng)材料含碳量0.5%時，材料淬火裂紋傾向大為增加。若零件在大扭矩或大彎矩作用下工作，要求零件有高的靜強度和疲勞強度，零件淬火后有足夠深的硬化層。零件材料除有一定的含碳量外，還要加入一定量的合金元素，以保證材料有較高的淬透性，然而隨著含碳量的提高和某些合金元素的加入，都將增加淬火裂紋的敏感性。鑄鋼和鑄鐵零件多存

26、在的砂眼、氣孔或非金屬夾雜物，這些缺陷都是淬火裂紋的策源地。非金屬夾雜物中特別是分布在晶界上的初晶硫化物，對淬火裂紋產(chǎn)生有極大的促進作用。零件的淬火部位中存在的原材料裂紋和鍛造折疊，在感應(yīng)淬火時有擴大的趨勢、并能產(chǎn)生局部燒熔的現(xiàn)象。零件感應(yīng)淬火前的原始應(yīng)力狀態(tài)，對淬火裂紋也有明顯地影有些零件在感應(yīng)淬火前的加工中，使零件內(nèi)部積蓄了較大的內(nèi)應(yīng)力，這種應(yīng)力也將成為引發(fā)淬火裂紋的重要因素。例1 冷撥應(yīng)力能夠引發(fā)淬火裂紋45鋼的載重汽車轉(zhuǎn)向節(jié)主銷，是由42 的圓鋼，經(jīng)過幾次冷撥成為39 的圓鋼，再由自動車床切斷，用無心磨床磨至38.5 ，再進行中頻淬火。淬火前檢驗，零件表面有45 mm 的冷作硬化層，冷

27、撥產(chǎn)生的應(yīng)力對淬火裂紋有明顯地促進作用，裂紋形態(tài)見圖18 。主銷毛坯在淬火前經(jīng)650 保溫lh 的高溫回火，經(jīng)金相檢驗，晶粒全部變?yōu)榈容S晶粒，證明冷作硬化應(yīng)力已經(jīng)完全消除。經(jīng)高溫回火的主銷，感應(yīng)淬火裂紋明顯減少，見表5【3】。表5 毛坯狀態(tài)對淬火裂紋的形響毛坯狀態(tài)感應(yīng)淬火工藝裂紋情況/%中頻功率/kW加熱時間/s間隙時間/s冷卻時間/s淬火水壓/MPa感應(yīng)器間隙/mm冷撥毛坯冷撥毛坯經(jīng)高溫回火1601605.55.52.52.5990.250.252.82.840510例2 冷軋應(yīng)力對淬火裂紋的影響冷軋成形的花鍵軸，花鍵鍵齒的齒頂和齒底有很大的殘余應(yīng)力，這種應(yīng)力對花鍵軸的感應(yīng)淬火裂紋也有強烈的

28、引發(fā)作用。將冷軋花鍵軸經(jīng)不同溫度回火，其殘余應(yīng)力有不同程度的降低，淬火裂紋也隨之減少，甚至消除。殘余應(yīng)力對淬火裂紋的影響見表6【2】。表6 殘余應(yīng)力對淬火裂紋的影響序號預(yù)先熱處理工藝殘余應(yīng)力MPa淬火裂紋情況%齒頂齒底1234冷軋花鍵軸冷軋花鍵軸150 、lh 回火冷軋花鍵軸300 、lh 回火冷軋花鍵軸620 、lh 回火-652.288-601.328-488.53-19.306-516.95-516.95-367.206-48.3145030100表注： 中頻連續(xù)淬火，8 kHz、45 kw ，移動速度4.7 mm / s 、淬火水溫50 、噴水壓力0.15MPa。淬火后經(jīng)25O、1.5

29、h 回火。 試驗零件每組40 件。 淬火一回火后磁粉探傷殘余應(yīng)力能夠促使或引發(fā)淬火裂紋的事實是眾所周知的，然而對它的作用機理研究得還不夠深入?，F(xiàn)在作者試圖用金屬學(xué)的一般知識給這種現(xiàn)象以如下解釋：殘余應(yīng)力的存在，增加了金屬晶格的畸變能，從而使相變易于進行。在相同的條件下，殘余應(yīng)力越大，奧氏體轉(zhuǎn)變進行得越快，使其飽合度越大，淬火后馬氏體的正方度自然也大，因此組織應(yīng)力會有增加，淬裂的傾向性自然增大。4、 感應(yīng)淬火零件的原材料裂紋（或折疊裂紋）的形態(tài)與鑒別感應(yīng)淬火零件時常有原材料裂紋和鍛造折疊裂紋存在，然而這些裂紋在感應(yīng)淬火前比較細小，如不仔細觀察和認真檢查是難以發(fā)現(xiàn)的，尤其是在毛坯面上存在這種裂紋，

30、一般是發(fā)現(xiàn)不了的。這些裂紋往往在感應(yīng)淬火后地探傷檢查中被發(fā)現(xiàn)了，是淬火裂紋還是材料裂紋自然有個鑒別的問題。原材料裂紋和鍛造折疊裂紋與淬火裂紋比較，無論在外觀上和金相分析時都有明顯區(qū)別。原材料裂紋一般與軸線平行，筆直地延伸，時而斷續(xù)，我們在垂直于裂紋取樣，在金相觀察時能發(fā)現(xiàn)裂紋兩側(cè)嚴重脫碳，時而有氧化物夾于其間，而感應(yīng)淬火裂紋是不會有脫碳和氧化物的（見圖25）。例1 半軸和轉(zhuǎn)向節(jié)等零件的原材料裂紋。半軸的原材料存在裂紋，淬火后有所發(fā)展，有時在內(nèi)應(yīng)力的作用下，將零件完全劈開（見圖24 ) ，在半軸法蘭根部裂紋處取樣，發(fā)現(xiàn)了裂紋兩側(cè)嚴重脫碳，并有大塊的氧化物夾雜其間（圖25 ）。轉(zhuǎn)向節(jié)的原材料裂紋與

31、軸線平行（圖26) ，在金相觀察時也能發(fā)現(xiàn)裂紋兩側(cè)嚴重脫碳，裂紋之中有氧化物存在（圖27）。 圖24 半軸淬火后完全劈開 圖25 半軸法蘭根部裂紋的金相照片(×400 ) 圖26 轉(zhuǎn)向節(jié)的原材料裂紋 圖27轉(zhuǎn)向節(jié)原材料裂紋的 金相照片（×400) 半軸和轉(zhuǎn)向節(jié)的毛坯都是鍛造的，鍛造溫度很高，必然有氧化和脫碳現(xiàn)象。故在裂紋兩側(cè)有脫碳層，裂紋中間夾有氧化物。例2 球頭銷的原材料裂紋。球頭銷的球頭和錐柄是冷擠成形，冷擠后進行調(diào)質(zhì)處理，以提高球頭銷的整體強度，再經(jīng)過車削和粗磨以后，對其球部和過渡錐頸進行中頻淬火。球頭銷上的原材料裂紋貫穿軸向全長（圖28）。由于調(diào)質(zhì)的加熱溫度較低（與

32、鍛造相比），加熱時間也較短，故裂紋兩側(cè)有輕微脫碳，致使裂紋兩側(cè)的含碳量有所降低，這種分析在中頻淬火后的金相組織檢查中得以證明：裂紋兩側(cè)為屈氏體，而與裂紋稍遠的部位是六級馬氏體（圖29）。由于裂紋處電阻增大，感應(yīng)加熱時裂紋處的加熱溫度必然增高，故使該處的淬火硬化層加深，如圖30 所示。 圖28 球頭銷的原材料裂紋圖 圖29 裂紋附近的金相組織（×4OO ) 圖30 球頭銷的硬化層分布（裂紋處硬化層加深）由圖30是球頭銷球部淬火層照片，照片上顯示裂紋處的淬火層比較深，可以直接判斷該裂紋是材料裂紋，材料裂紋是感應(yīng)淬火前就存在的裂紋。由于裂紋處電阻值很大，感應(yīng)加熱是靠電流加熱的（Q=I2Rt

33、），裂紋處電阻R大，加熱溫度必然高于其它部位，于是裂紋處的淬火淬火層加深了。例3 原材料裂紋在感應(yīng)加熱時出現(xiàn)的局部熔化現(xiàn)象。剎車蹄片軸在感應(yīng)淬火時發(fā)生局部熔化的現(xiàn)象（見圖31），和球頭銷裂紋處淬火層加深的道理相同，零件原材料裂紋和鍛造折疊裂紋中間的氧化物具有極大的電阻（R），故在感應(yīng)加熱時，裂紋處產(chǎn)生熱量Q要比其他部位高許多，高熱量致使裂紋處的局部區(qū)域發(fā)生熔化了。圖31 剎車蹄片原材料裂紋造成的局部熔化5、 感應(yīng)淬火零件磨削裂紋的形態(tài)與鑒別大部分感應(yīng)淬火零件的后序加工是磨削。因零件淬火硬度高，內(nèi)應(yīng)力很大，在磨削參數(shù)不當(dāng)時，如磨削速度太快、砂輪硬度太高、密度太大或磨削過程冷卻液的冷卻能力太強等，

34、都將會出現(xiàn)磨削裂紋。檢查淬火裂紋時需要零件表面光潔、便于觀察，許多廠家將磁粉探傷工序安排在磨削工序之后，一旦出現(xiàn)裂紋，到底是淬火裂紋還是磨削裂紋，往往說不清楚。這時判明原因的最簡單辦法，是取一定數(shù)量的淬火零件，不經(jīng)磨削直接探傷，如無裂紋，則證明已出現(xiàn)的裂紋是磨削造成的。淬火裂紋與磨削裂紋也確實容易混淆。但仔細觀察在形態(tài)上各有特征。磨削裂紋一般都出現(xiàn)在磨削面上，從形態(tài)上多為龜裂（呈日字形、口字形或井字形），也有單條直線裂紋（或多條平行的點條裂紋）。單條直線裂紋（或多條平行的點條裂紋）與磨削方向垂直，如圓柱形零件，它們是在軸線方向存在。而淬火裂紋一般不會呈現(xiàn)龜裂，在光滑圓柱面也很少出現(xiàn)淬火裂紋，就

35、是出現(xiàn)單條裂紋或多條平行存在的裂紋，這些裂紋一般多是圓周方向存在（前面已介紹多例）。如深入進行金相檢驗，更能一目了然，磨削裂紋出現(xiàn)的地方，由于磨削用量太大，使表面局部溫度太高，達到淬火溫度，經(jīng)冷卻液的冷卻，出現(xiàn)二次淬火現(xiàn)象。二次淬火層的金相特征是白亮層，其內(nèi)側(cè)是黑灰色的回火層，組織結(jié)構(gòu)是屈氏體，再往里則是感應(yīng)淬火層，其組織為回火馬氏體。有時沒有二次淬火的白亮層，只有回火屈氏體層，仍可判斷為磨削裂紋。二次淬火層較簿，一般不超過0.8 mm 。例1 磨床主軸的磨削裂紋。GCr15 鋼制造的磨床主軸，中頻連續(xù)淬火后，經(jīng)磨削出現(xiàn)嚴重的磨削裂紋，如圖32 所示。這是十分典型的磨削裂紋，形態(tài)呈龜裂狀、也有單條裂紋。垂直于裂紋取樣，在金相觀察時出現(xiàn)了二次淬火的白亮層和回火的屈氏體層，如圖33所示。 圖32 磨床主軸的磨削裂紋 圖33 磨削裂紋的金相照片（×100 )例2 曲軸軸頸的磨削裂紋某廠的曲軸磨削使用高速磨床，其砂輪邊緣的線速度近百米/s，因而時常出現(xiàn)磨削裂紋。多呈現(xiàn)龜裂狀，裂