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外联主轴开裂原因分析及工艺试验

2013-08-28德州联合石油机械有限公司山东253034霍焕志

金属加工(热加工) 2013年21期
关键词:粗车件产品调质

德州联合石油机械有限公司 (山东 253034) 霍焕志 曹 锐

40CrNiMo是一种高淬透性的合金钢,调质后具有较好的综合力学性能,常用来制作强度高、塑性好的重要零部件。在我公司也广泛的应用在产品的各种配件中。近期,热处理车间在调质一种40CrNiMo的配件时,出现批量开裂的情况。为了寻找开裂原因,在以后的生产过程中避免类似情况的发生,我们对开裂产品进行了解剖,并对热处理工艺进行了重现和改进。

1.开裂分析

外联主轴材质为40CrNiMo,工艺路线:下料→锻造→锯→二次锻造→退火→调质。4根外联主轴调质后,均出现纵向开裂现象。

经化验,成分符合40CrNiMo的技术要求。金相观察,产品表面有脱碳现象(锻造加热过程中产生),但裂纹附近未发现明显的缺陷和脱碳现象,初步判断为淬火过程中开裂。开裂图片见图1(方形缺口为取试样后留下)。

图1

2.试验目的

验证该主轴直径条件下,是否为40CrNiMo材质的危险尺寸,即在该尺寸下淬火,容易产生开裂,锻造后的表面脱碳是否容易导致淬火开裂,粗车锻造层前后对该产品性能的影响。

3.试验过程

本次试验共下料4件,其中2件采用产品的正常加工过程(工艺1:锻造→退火→调质。记为3#和4#),另外2件增加一定材料定额(单边增加10mm的加工余量),在退火和调质之间增加一道粗车工序,扒掉锻造层(工艺2:锻造→退火→粗车→调质。记为1#和2#)。分别对4件产品进行工艺加工至成品,主要关注产品在各环节的状况。

1#和3#为同一炉,淬火设备采用120kW井式炉,装炉温度600℃,淬火冷却介质为柴油;回火设备采用105kW井式炉,回火冷却方式为水,出水温度为室温。表面硬度:1#为300HBW(粗车后),3#为335HBW(有裂纹)。1#和3#的热处理工艺曲线见图2。

图2

2#和4#为同一炉,淬火设备:90kW井式炉,装炉温度574℃,淬火冷却介质为柴油;回火设备采用105kW井式炉,回火冷却方式水,出水温度为室温。表面硬度:2#为310HBW(粗车后),4#为280HBW。2#和4#的热处理工艺曲线见图3。

调质结果:4件产品调质后,表面硬度合格。1#沿锻造缺陷方向产生了纵向裂纹,其他3件产品未发现开裂。对4件产品分别取试样后,继续加工至成品,4件主轴成品后磁粉检测,并没发现表面缺陷。

图3

金相组织:图4(粗车后调质)、图5(锻后直接调质)均为回火索氏体+少量铁素体,级别为2级,组织差异不大。

图4

图5

取φ10mm试样做拉伸试验,力学性能结果见附表。由附表可见,由于40CrNiMo淬透性较好,是否粗车,对该尺寸下产品调质后的力学性能影响不大,各项指标都维持了较高的水平。

力学性能测试表

4.结语

(1)4件中有3件未产生开裂,1件产生开裂(调质前存在一定的锻造缺陷),且在后续机加工过程得以消除,判断该直径(φ36mm和φ55mm)不是40CrNiMo的危险尺寸。

(2)锻造后增加粗车工序,可以消除锻造过程中产生的缺陷和锻造时产生的脱碳层,减少淬火过程中的开裂倾向。

(3)由于40CrNiMo的淬透性较好,在该尺寸条件下,各项性能指标均能达到产品设计要求,而锻造层对其调质后的性能影响不大。

建议该类产品可以在退火后增加一道粗车工序,消除锻造过程中产生的缺陷和表面脱碳层,减少淬火过程中的开裂倾向。

(20130813)

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