鋼鐵零件的淬火裂紋和畸變是常見的熱處理缺陷,嚴重時將導致零件報廢。以35鋼盤狀零件和20CrMnTi鋼汽車后橋錐齒輪為例,從原材料質量、熱處理工藝、淬火介質、工裝夾具等方面分析了零件產生淬火裂紋和畸變的原因,提出了預防措施。

　　一般說來,鋼件淬火時在Ms點以下的快冷是造成淬火裂紋的主要原因。除此之外,零件的設計不良、材料的使用不當以及原材料中既存的缺陷都有可能促使裂紋形成。而淬火畸變的影響因素則主要包括鋼的成分及原始組織、零件的幾何形狀、熱處理工藝等。下面通過兩個較典型的案例分析來探討對這類淬火缺陷的分析方法及應采取的相應對策。

1、淬火裂紋

　　圖1所示為一盤狀零件,材料為35鋼,調質處理,硬度要求為28～32HRC。工藝路線:下料→鍛造→機加工→調質→成品。熱處理工藝為840～860℃×10～12min鹽爐中加熱。淬三硝水溶液,再轉空氣中冷卻。500～550℃×25min回火。該零件曾一度成批出現淬火裂紋。

1.1、裂紋分析

　　裂紋起源于零件內孔(<25mm)的棱角處,呈放射狀向四周伸展,裂紋起始端一般呈直線狀,向外伸展稍帶弧形。經金相分析,裂紋兩側無脫碳現象。裂紋尾端呈尖狀,裂紋伸展有力。基體組織正常,縱向中心部位取樣分析未發現夾雜物異常和超標現象。

圖1　盤狀零件簡圖

1.2、原材料檢查

　　在淬裂的盤狀零件上取樣做化學成分分析,碳的質量分數為0.38%,符合GB699標準中35鋼的化學成分規定。這表明裂紋的產生與材質無關。

1.3、工藝過程檢查

　　現場取三硝水進行密度分析為1.105～1.107g/ml,工藝文件規定三硝水密度為1.45～1.50g/ml,表明三硝水已不符合工藝要求。同時,現場操作調查還發現零件已在三硝水冷透,違反了三硝水淬—空氣冷卻的工藝操作要求。

1.4、驗證及結論

　　(1) 調整三硝水密度　為了證實三硝水密度的作用,將三硝水密度調整到規定的范圍(1.45 ～1.50g/ml)再淬火,產生裂紋的現象大大減少。但因在三硝水中停留的時間掌握不當,產生裂紋現象仍不能杜絕。

　　(2) 調整該件在三硝水中的停留時間　該件在三硝水中停留時間按每3～5mm厚度停留1s計算,僅需在三硝水中冷卻2～3s。經生產驗證,已杜絕了裂紋的產生。

　　(3) 結論　該件淬火裂紋的產生,是因淬火冷卻介質三硝水密度過低及在三硝水中停留時間過長兩個綜合原因所致。

1.5、預防和補救辦法

　　(1) 縮短三硝水的檢測周期,嚴格控制密度在1.45～1.50g/ml內,并嚴肅工藝紀律,加強專職工藝員監督。

　　(2) 將35鋼改為40Cr鋼,并在油中淬火,從而從根本上杜絕了裂紋的產生。