45钢销轴表面发纹成因分析

钟芳华, 李 娟, 刘年富, 钟 凡, 吴学兴

(1.宝武集团广东韶关钢铁有限公司, 广东 韶关 512123; 2. 广东昆仑信息科技有限公司，广东 韶关 512123)

45 钢属于中碳优质碳素钢，经过正火处理或调质处理后具有优良的综合力学性能，被广泛应用于机械制造行业中[1-2]。经调质处理后，具有较高的强度和塑性，并且具有一定的韧性，可用来制造齿轮、拉杆、销轴、曲轴等各种零件，这类零件大多要求产品表面具有高耐磨性和高硬度，而心部又必须具备高强度和韧性。某公司使用45圆钢生产工程机械用销轴，其生产工艺流程为：圆钢→表面车削→调质处理→矫直→精加工。在某次生产过程中，发现有1个销轴在车削加工后表面发现有裂纹。

本文通过对缺陷样的宏观形貌、化学成分、金相组织、扫描电镜和能谱结果进行分析，确定了裂纹产生的原因。同时，提出了合理的预防措施，避免此类缺陷的重复发生。

1 宏观分析

销轴缺陷样的宏观形貌如图1所示，裂纹靠近销轴的小头端，距端部约3 mm左右，沿轴向延伸，裂纹细而直，长度约为3～4 mm。

图1 裂纹缺陷宏观形貌Fig.1 Macroscopic appearance of crack defects

2 理化检验

2.1 化学成分分析

对销轴缺陷样进行化学成分分析，结果见表1，从表中可以看出，材料的各项成分均在国标要求范围内，并无异常，说明化学成分不是引起发纹的直接原因。

表1 45钢销轴化学成分(质量分数，%)

(a)、(b)腐蚀前；(c)、(d)腐蚀后图2 裂纹处显微组织(a), (b) before corrosion; (c), (d) after corrosionFig.2 Microstructure of cracks

2.2 金相检验

在缺陷样裂纹处取样，在横向显微观察，腐蚀前后的形貌如图2所示。从图2(a)、2(b)中可以看出，裂纹深度很浅，只有约0.035 mm；裂纹底部圆滑，裂纹内及周围无夹杂物存在。腐蚀后，裂纹处不存在脱碳现象，裂纹处组织与基体组织相一致，为珠光体+铁素体，如图2(c)、2(d)所示。

2.3 扫描电镜与能谱分析

用扫描电镜观测缺陷样，裂纹长约3.66 mm，宽度约0.09 mm，如图3所示。对图3中的A、B区域进行放大，观察裂纹形貌，如图4、图5所示。从图可以发现黑线形貌一部分表现为沟槽状裂纹，另一部分则有物质残留在黑线缝隙中；通过能谱分析结果，发现沟槽状裂纹内和残留在发纹缝隙中的物质含有镁、铝、钙等元素，这些物质属于镁铝尖晶石类。

2.4 结果分析

从销轴的化学成分和金相组织看，成分和组织都正常，未找到导致产生发纹的因素。

图3 裂纹SEM形貌Fig.3 SEM morphology of crack

图4 裂纹的A区放大形貌(a)及能谱图(b)Fig.4 Amplified morphology of crack in area A(a) and energy spectrum (b)

图5 裂纹的B区放大形貌(a)及能谱图(b)Fig.5 Amplified morphology of crack in area B(a) and energy spectrum (b)

表2 A、B区能谱分析结果

从扫描电镜和能谱分析结果看，发纹细而长，能谱分析结果显示发纹存在含钙、铝、镁等元素的夹杂物。该类夹杂物属于镁铝尖晶石类。刘军会等[4]在研究45钢活塞杆表面发纹成因时也发现相类似夹杂物。此类夹杂物主要来源于炼钢过程，采用铝脱氧的钢，经过精炼会产生大量镁铝尖晶石夹杂。其中铝主要用于脱氧和细化晶粒，氧化镁一般来源于精炼渣的卷入和耐火材料侵蚀。从表2的能谱分析结果看，夹杂物的镁含量较低，应该是来自精炼渣的卷入。有研究表明[5-6]，钙酸盐和镁铝尖晶石夹杂总会存在高碱度精炼渣生成的钢中，因此，在连铸过程中一定要注意避免此类夹杂物进入连铸坯中，通过保护浇铸与防止卷渣、结晶器内夹杂物上浮等技术可避免此类夹杂物进入连铸坯中，实现洁净钢生成。

3 结论

1)原材料中存在的大颗粒夹杂物是销轴产生发纹的主要原因。

2)通过保护浇铸与防止卷渣、结晶器内夹杂物上浮等技术可减少此类夹杂物的产生。