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淬火溫度過高導(dǎo)致轉(zhuǎn)盤軸承套圈撕裂狀裂紋分析


轉(zhuǎn)盤軸承套圈在滾道感應(yīng)淬火后出現(xiàn)裂紋,經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)裂紋為調(diào)質(zhì)淬火裂紋,主要因淬火溫度過高及水劑淬火急冷導(dǎo)致。裂紋呈撕裂狀,沿圓周方向分布,靠近端面,裂紋兩側(cè)有氧化和貧碳現(xiàn)象。建議調(diào)整淬火工藝參數(shù),降低淬火溫度,增加磁粉檢測(cè)工序,以避免類似問題再次發(fā)生。

淬火溫度高,水劑淬急冷造成撕裂狀裂紋的典型案例


轉(zhuǎn)盤軸承由于特殊的使用環(huán)境和要求,需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)質(zhì)工藝和滾道感應(yīng)淬火工藝,來滿足軸承使用過程中所需要的強(qiáng)度和沖擊韌度要求。某公司生產(chǎn)的轉(zhuǎn)盤軸承套圈經(jīng)過滾道表面感應(yīng)淬火后,滾道表面100%熒光磁粉檢測(cè)時(shí),發(fā)現(xiàn)多件有裂紋,為了避免類似的缺陷重復(fù)出現(xiàn),減少不必要的經(jīng)濟(jì)損失,筆者對(duì)套圈裂紋性質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)分析。
該型號(hào)套圈材料為42CrMo鋼,加工工藝流程為:下料→鍛造制坯→輾擴(kuò)→粗車→調(diào)質(zhì)→車加工→滾道感應(yīng)淬火。

一、理化檢驗(yàn)

1、 宏觀檢驗(yàn)

轉(zhuǎn)盤軸承套圈裂紋均位于套圈內(nèi)徑靠近端面處,每件套圈裂紋數(shù)量不等,裂紋多沿圓周方向分布,長(zhǎng)短不一,最長(zhǎng)裂紋約延伸3/4圓周,個(gè)別裂紋尾部已延伸至端面,裂紋套圈軸承宏觀形貌如圖1所示,其中一處裂紋形貌如圖2所示。

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圖1 裂紋套圈軸承宏觀形貌

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圖2  磁粉檢測(cè)套圈裂紋形貌

套圈滾道在表面感應(yīng)淬火時(shí),由于受高溫?zé)嵊绊懚a(chǎn)生明顯變色,該熱影響區(qū)邊緣距離套圈端面約20mm,套圈裂紋靠近端面,裂紋處內(nèi)徑表面呈亮金屬色,遠(yuǎn)離熱影響區(qū)。裂紋所在位置外觀形貌如圖3所示。

淬火溫度過高導(dǎo)致轉(zhuǎn)盤軸承套圈撕裂狀裂紋分析

圖3 裂紋所在位置外觀形貌

2、化學(xué)成分分析

對(duì)套圈進(jìn)行線切割取樣,尺寸為15mm×15mm×15mm,采用直讀光譜儀對(duì)套圈進(jìn)行化學(xué)成分分析(見表1)。符合GB/T 3077—1999要求。

表1 套圈化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))  (%)

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3、金相檢驗(yàn)

制取套圈裂紋橫向截面金相試樣,使用奧林巴斯顯微鏡觀察裂紋形貌。金相顯微形貌如圖4所示,可見該裂紋與表面呈一定角度,整體深約3.6mm,呈撕裂狀,兩側(cè)耦合,尾部較細(xì),裂紋兩側(cè)有氧化,局部有氧化皮分布。裂紋頭部及尾部均未發(fā)現(xiàn)材料夾雜等其他異常情況。
用4%(體積分?jǐn)?shù))的硝酸酒精溶液腐蝕裂紋截面處后在顯微鏡下觀察,裂紋處金相顯微形貌如圖5所示,可見裂紋兩側(cè)局部有貧碳現(xiàn)象。

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圖4 裂紋尾部截面形貌     圖5 裂紋兩側(cè)局部貧碳

另經(jīng)檢查,裂紋處無貧碳區(qū)域與套圈基體的顯微組織形貌分別如圖6、圖7所示,裂紋處、套圈基體顯微組織無明顯差異,均為回火索氏體+鐵素體。由兩處的顯微組織對(duì)比可以看出,裂紋處的顯微組織并沒有受到滾道感應(yīng)淬火的影響。

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圖6 裂紋處顯微組織形貌

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圖7 套圈基體顯微組織形貌

4、硬度檢驗(yàn)

經(jīng)洛氏硬度計(jì)檢測(cè),套圈基體、裂紋兩側(cè)位置硬度結(jié)果見表2。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果,裂紋部位硬度與基體硬度無明顯差異。

表2  套圈基體及裂紋兩側(cè)硬度值  (HRC)

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二、分析討論

通過對(duì)該軸承套圈的宏觀檢驗(yàn)、化學(xué)成分分析、金相檢驗(yàn)及硬度檢測(cè)結(jié)果分析,可排除滾道感應(yīng)淬火對(duì)裂紋的影響,確定該裂紋為調(diào)質(zhì)淬火裂紋。
由于加熱保溫時(shí)間充足,調(diào)質(zhì)淬火裂紋產(chǎn)生的深度及寬度都比表面淬火裂紋略寬,且由于后續(xù)的高溫回火加熱,在無保護(hù)氣氛下會(huì)出現(xiàn)明顯氧化和氧化皮[1],裂紋尾部出現(xiàn)短而粗的撕裂狀形貌。調(diào)質(zhì)淬火裂紋延伸多沿圓周方向,靠近端面位置居多。
表面感應(yīng)淬火裂紋是由于加熱時(shí)間短,熱影響區(qū)僅限于淬硬層區(qū)域,產(chǎn)生的裂紋比較淺且細(xì)小,尾部非常尖細(xì),分布和延伸方向也與調(diào)質(zhì)裂紋不同,在淬硬區(qū)呈短弧線狀分布的較多,并且淬火后的低溫回火不足以在裂紋兩側(cè)產(chǎn)生明顯氧化和貧碳[2]
經(jīng)查,產(chǎn)生調(diào)質(zhì)淬火裂紋的原因是淬火工藝不恰當(dāng)造成的,由于淬火加熱溫度在850~900℃,溫度相對(duì)過高,再通過水劑淬火冷卻介質(zhì)急劇冷卻[3],在組織轉(zhuǎn)變過程中,局部拉應(yīng)力大于材料的斷裂強(qiáng)度后產(chǎn)生的撕裂狀裂紋,這是造成轉(zhuǎn)盤軸承調(diào)質(zhì)淬火裂紋的主要原因之一。

三、結(jié)論及建議

  • 1)經(jīng)過理化分析,出現(xiàn)調(diào)質(zhì)淬火裂紋的軸承應(yīng)予以報(bào)廢處理。
  • 2)在調(diào)質(zhì)中,選擇合適的淬火工藝參數(shù),可適當(dāng)降低淬火溫度,減少組織應(yīng)力和熱應(yīng)力。
  • 3)調(diào)質(zhì)后,可以增加磁粉檢測(cè)工序,能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)裂紋,避免不合格品進(jìn)入下一道工序。

參考文獻(xiàn):

  • [1] 郝震宇,汪開忠,胡芳忠.淬火介質(zhì)對(duì)不同規(guī)格42CrMo鋼組織及性能的影響[J].安徽冶金,2016(4):15-19.
  • [2] 姜國(guó)清,林信智.淬火冷卻條件不良造成的淬火裂紋[J].金屬加工(熱加工),2014(3):20-22.
  • [3] 郁俐,涂小龍,吳韜,等.PAG水基淬火液對(duì)42CrMo鋼調(diào)質(zhì)組織性能影響的研究[J].新技術(shù)新工藝,2017,4(2):6-11..

作者:王嬋,李貴方等; 單位:洛陽(yáng)LYC軸承有限公司、航空精密軸承國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室


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