【2017年整理】感应淬火零件的裂纹问题.doc

感应淬火零件的裂纹问题 上海恒精机电设备有限公司（201707） 江国清 林信智 感应淬火零件的裂纹问题，是感应热处理工作者的一个重要课题。在各种质量问题之中，淬火裂纹问题最为突显。它时常出现、形式多样、原因复杂，解决起来又比较困难，危害也比较严重。很多人视淬火裂纹如虎，谈裂纹而色变。感应淬火裂纹问题尽管是个复杂而难缠的问题，但是它的原因是可以追索的，它的发生是可以防御的。以下按淬火裂纹的成因为序介绍各种感应淬火裂纹。 1.零件结构或表面质量等因素导致的淬火裂纹 零件结构或表面质量等因素导致的淬火裂纹，在导致淬火裂纹的诸多因素中，结构和表面质量因素是主导因素。零件的淬火区域内，形状复杂、尺寸突变或表面粗糙度不好时，在普通热处理的淬火过程中就容易产生淬火裂纹。这些零件在感应淬火时，由于加热速度快、冷却激烈，这些结构因素更容易引发淬火裂纹。在感应淬火区域中如存在台阶、端头、尖角、键槽、孔洞和油道等结构，感应加热时能导致感应电流集中，使该部位过热、硬化层过深而产生淬火裂纹。这些结构最好能进行修正，例如把台阶或端头的尖角去掉，孔洞的出口加上倒角等措施均能收到消除或减少淬火裂纹的效果。发动机曲轴工作时高速旋转，为加强润滑，在轴颈上都有润滑油孔，而油道孔一般是斜的，在出口处造成了孔壁的厚薄不均，感应淬火不仅在油孔周围形成放射状的淬火裂纹，而且在油道壁最薄的地方由于淬透而产生淬火裂纹，该裂纹向轴颈表面扩展，到达表面时形成“C”形，被人们称为“C”形裂纹。这种斜油孔有时也可能不产生淬火裂纹，但在油孔的薄壁表面上能看到直径5~7mm白色斑点，证明该处淬火加热温度是相当高了，蕴育着裂纹的危险。 （1）转向节台阶淬火裂纹 载重车转向节的ф55mm轴颈及根部圆角和ф85mm台阶外圆均需感应淬火，由于淬火工艺不当，使ф85mm台阶倒角处的正下方硬化层太深，而产生淬火裂纹。经工艺调整使该处硬化层减薄，消除了淬火裂纹。 （2）减振器轴端头裂纹 减振器轴使用圆筒形感应器同时加热淬火，在其端头容易出现裂纹，人们称之为“掉角”或“耍圈”。减振器轴的技术条件规定全长淬火，淬火工艺稍有不当，使端头硬化层太深，即产生淬火裂纹。解决办法是改进感应器的结构设计，即将感应器有效圈两端孔径扩大，或将有效圈总高度减小，总之必须将零件端头淬火层减薄，淬火裂纹即可消除。 汽车发动机凸轮轴的凸轮也出现过类似的裂纹。上述两个例子的裂纹机理是相同的，都是因为结构因素使台阶和端头的感应电流集中（感应电流的边缘效应强烈），使该处的加热温度高、加热层深了，在后来的淬火冷却时其表面层瞬间形成了马氏体薄层，而随后的冷却中，薄层下部的奥氏体组织不断地转变为比容更大的马氏体组织，并向外挤压，使最初形成的马氏体薄层受到挤压而产生拉伸应力作用，进而产生了裂纹，裂纹严重时剥落掉角。 （3）孔洞的边缘裂纹 感应淬火区域内如有孔洞，在其边缘将产生放射状的淬火裂纹。汽车钢板弹簧销上的油孔、曲轴轴颈油孔及绞盘轴上销孔，均发生过这种孔洞边缘的淬火裂纹。由于孔洞存在，迫使感应电流在孔洞的轴线两侧绕行，孔洞周围的感应电流的密度分布不均匀，在孔洞的轴线两侧涡流密度大，而与轴线垂直的孔洞两侧涡流密度小，于是前者成了高温区，后者成了低温区（见图1）。由于孔洞周围区域的加热温度不同，淬火组织转变的过程也不同（有先有后），淬火后的硬化层厚度也不同，高温区硬化层厚些，低温区硬化层薄些，因此产生了组织应力和热应力，这种应力是产生孔洞边缘淬火裂纹的根本原因。再者孔洞结构，使其边缘的冷却情况较其他部位更为激烈，进一步增加了孔洞边缘产生淬火裂纹的敏感性。 图1 孔洞附近的涡流及温度分布 1.涡流线 2.高温区 3.低温区 从上述分析可知，孔洞直径越大，其边缘温度的不均匀性越大，淬火裂纹的倾向性越大。一般说来，高频淬火时孔洞直径大于3mm，中频淬火时孔洞直径大于5mm，就有出现孔边淬火裂纹的危险性。防止孔洞边缘的淬火裂纹有以下几种办法： 第一种：孔洞打入销子。在加热前向孔内打入低碳钢销子，销子的顶面与孔边表面相平。加热时孔洞周围电流密度均匀，温度一致，可以有效地防止孔边淬火裂纹的产生。由于钢销淬火后膨胀、取出困难，所以往往用紫铜销代替。这种办法费工费料，只适合单件或小批量零件的淬火时采用。 第二种：孔洞内塞入湿软木销或石棉绳。这种办法虽然不能改变孔洞周围的加热温度的不均匀问题，却能适当地降低孔洞边缘的淬火冷却速度，也能在一定程度上防止孔边裂纹的产生。这种办法也不适合于大量生产。 第三种：堵有效圈对应喷水孔（适用于同时淬火自喷水感应器）。将与零件孔洞对应的有效圈上喷水孔堵塞。这种办法虽然不能改变孔边的温度不均匀性，却能改善它的冷却条件，变原来的喷水冷却变为流水冷却，降低了冷却速度，从而在一定程度上防止