42Cmo轴端淬火开裂原因分析

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   中图分类号:C34文献标识码:A 文章编号:
  
  我厂是以生产起重机为主的中型企业,其中热处理车间除生产本厂热处理件外,还大量承接外协厂家热处理零件,最近处理了一根42Cmo台阶轴,轴端淬火开裂,轴端直径为∮,210mm,中间轴径为∮280mm,总长度为3200mm。为了澄清责任、查明原因,以便责任方赔偿、预防及控制,我们对此做了全面详细的裂纹分析。
  工艺流程:毛坯-锻造-粗车-调质-精加工。
  一、取样:在距离裂纹较近的其他部位钻沫,取金属粉末为样(一),另外从开裂处切下圆片(带有裂纹),为样(二)。
  二、热处理工艺分析:42CrMo轴正常热处理工艺为,860℃×h(保温时间)油(或水)淬,650℃×h(回火保温时间)空冷,由于该轴轴径较大,加热、冷却过程都较为复杂,我们将热处理工艺调整为,低温装炉,炉温升到650℃×h(保温时间),升到860℃×h(保温时间),水淬转油冷,650℃×h(回火保温时间)空冷,回火硬度在HB250-280。加热设备为4.2m深井电阻加热周期炉,事发后,对设备4个加热区温度进行检测,温差为10℃,合格
  三、化学成分分析:将样(一)进行化学成分分析,结果如下,
  C Si Mn Mo W Cr
  0.43 0.21 0.67 0.17 1.1
  合金结构钢的牌号和化学成分(GB/T3077-1999)
  牌号 C Si Mn Mo W Cr
  42Cmo 0.38-0.45 0.17-0.37 0.50-0.80 0.15-0.25 0.90-1.20
  从化学成分结果表明,轴端化学成分合格,開裂与化学成分无关。
  四、对样(二)进行断口宏观形貌分析:端口宏观形貌裂纹为两条,呈弧形,环向,守尾相连,在圆柱面和轴端面均可见。其中一个裂纹用机械方法打开,其形貌端口较平坦,没有明显放射状花样,整个断口被氧化皮覆盖,呈铁灰色。未见可能引起开裂的夹渣、折叠、陈旧裂纹等缺陷。
  
  照片1 400×照片2 400×照片3400×
  五、夹杂物和金相组织分析:从裂纹端头取金相试样,经扫描电镜能谱确认主要为硫化物和碳氮化钛,夹杂物尺寸较小,无严重堆积现象,未发现裂纹形成与夹杂物相关联迹象。
  轴母材金相组织为回火索氏体,属于42Cmo钢调质处理后的正常组织,裂纹形貌为穿晶加沿晶,见照片1、2,两侧金相组织有脱碳现象,裂纹内有一些灰色物,颜色较硫化物稍深,经扫描电镜能谱分析为氧化铁。用显微硬度计测试了母材和裂纹边缘的硬度,母材为HV250-270,裂纹边缘为HV197-220,裂纹边缘硬度略低于母材硬度。
  用扫描电镜观察了裂纹断口,由于裂纹断口表面覆盖较厚的氧化铁,断口形貌无法观察。见照片3。
  六 、结果与讨论:首先从化学成分看,化学成分检测结果符合GB/T3077-1999标准。从热处理工艺看热处理工艺合理,从金相实验结果表明母材组织为回火索氏体,属于42Cmo钢调质处理后的正常组织,也能证明热处理工艺的合理性,从断口形貌看,由于裂纹断口表面覆盖较厚的氧化铁,断口形貌无法观察。另外,实验还表明无夹杂物堆积现象,由此排除了化学成分、热处理工艺、锻造夹渣重叠等因素,但是,在断口宏观形貌分析中提到,整个断口被氧化皮覆盖呈铁灰色,未见可能引起开裂的陈旧性裂纹,由于被覆盖看不到了,不能证明它不存在,在后续的金相分析中又发现,两侧金相组织有脱碳现象,裂纹内有一些灰色物,颜色较硫化物稍深,经扫描电镜能谱分析为氧化铁。此项实验结果表明,裂纹晶间有明显的氧化脱碳,且断裂形貌为穿晶加沿晶,说明工件在淬火加热时裂纹已经存在,而不是在淬火后产生的,
  七、结论:42Cmo轴端淬火开裂原因最终由于锻造过程中终锻温度不合理产生微裂纹,导致后续热处理加热晶间氧化、淬火开裂。建议外协厂家追溯锻造厂家质量责任。
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