几种感应淬火裂纹

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1、几种感应淬火裂纹及其防止方法第一 汽车制造厂李印元淬火裂纹,是感应淬火时经常遇到的一种缺陷,是造成废品的主要原因之一。我厂在感应淬火 中,就曾遇到过多种形式的裂纹,因此,分析淬火裂纹的形成条件、影响因素,探讨其防护措施,是感应淬火工作中应该重视的 一个方面。在感应加热淬火过程中,当温度和组织变化或两者之一所引起的应力超过材料的强度极限时,就会发生淬火裂纹。不过,由于零件的材料、尺 寸形状、技术要求和生产 条件不相同,致使形成裂纹的条件也很不同。所以,必须根据具体情况分析裂纹的形成条件,采取适宜的防止措施。多年来,人们对感应淬火裂纹已进行了很 多探讨,一些常见的裂纹已得到较有力 的克服,因此本文

2、不多去论述,仅对几种较为典型的裂纹提些看法。一、曲轴连杆轴颈的淬硬层剥落与?形裂纹解放牌汽车曲轴,是用? 钢制造的,其连杆轴颈的直径为 ! 毫米,宽度为# 毫米,轴颈的中间有一个直径为% &一% 毫米 的 球形 孔。这个球形孔 是直径!毫米油道的出口。感应淬火在专用半自动机床上进行,由合复式感应器加热并喷水冷却。在生产过 程中,曾几次于磨削时发生淬硬层剥落现象,剥落层的面积往往达到轴颈表面积的十分 之 一以上图%(。对于轴颈淬硬 层剥落,有 的资料中认为“在轴颈表面最后磨削后,所显示出来的剥 层,往往也被归之于热处理方面的废品。实际上这种剥层,是 由于不遵守磨削规范,发生烧伤而造成的。”实践表

3、明,因磨削烧伤而造成淬硬层剥落,是很少见 的,也是很容易 鉴别的,这只 是造成剥层的一个原因,而最 常 见的,则是由图%连杆轴颈的淬硬层剥落于大的裂纹存在所引起的。我们曾多次发现)在距油孔边缘 & # &毫米处有一条长达几十毫米的裂纹,形状近似于?,因此,我们称它为?形裂纹见图(。这种裂纹多半于淬火后几小时甚至几天后才出现,所以往往是在磨削后发现,严重的就能导致剥层。由于成因的不同,?形裂纹可 分如下四种。在本文中,着重讨论第四种,即淬火裂纹。%。材料表面的纵向裂纹这种裂纹,往往可同时在同一根轴的几个轴颈上发现,甚至不淬火部位也可见到。金相图连杆轴颈上的?形裂纹检验时,裂纹处可见脱碳和氧化现象

4、图#、? (。一?一图?裂纹处的脱碳和氧化图#材 料纵向裂纹引起的?形裂纹+锻打 折 叠裂纹处有氧化和脱碳现象,往往呈现出规则性,即在不同 轴的 同一序号轴颈,发现图 (。#+非 金属夹杂物带金 相检验时可发现非 金属夹 杂物图!(。?+淬火裂纹?形裂纹在刚淬火之后往往是观察不 到的,而且似与淬火没有直接联系。那 么,为什么说这种裂纹是感应淬火不 当所引起的呢.首先来分析出现这种裂纹的轴颈。我们 发现,有?形裂纹的轴颈 硬度普遍偏高/0 ? 1一! #(,而油孔附近的硬度 更高/ 0 ?! ! ?(,油孔 图锻打折叠图!裂纹处的非金 属夹杂物处的淬硬层深度都达到毫米以上,油孔 的各部位淬硬层深

5、度往往还有较大的偏差 %+毫米(。虽然在轴颈表面上看到的裂纹是离开孔边缘 &一# &毫米,但仔细查找 即发现,裂纹的起点却是油道的内壁。另外,裂纹处既没有脱碳现象,也看不到非金属夹杂物,从金相组织看连成分偏析也没有。这些现象表明,这种?形裂纹是淬火裂纹,只是其形成的条件比较复杂、下面就分析一下裂纹形成的条件。由于感应加热的特点,油孔处的加热温度高于其他部位,而喷水冷却时,因油孔周围和内壁同时激冷,油孔处的冷却比其它部位更为激烈。孔内壁较深处加热的温度较低,在冷却时先形成失去塑性变形能力的层。接着当表层发生相变成为马氏体,使孔的内壁受到很大的拉应力,于是在距表面#+?+毫米的孔内壁处形成了裂纹图

6、2(。切削刀痕处,裂纹更易于发生。孔的内壁发生了裂纹,就存在出现?形裂纹的危险,不过并不一定出现?裂纹。油道内壁裂纹是否发展成为?形裂纹,决定于回火是否及时和回火温度的高低。淬火后及时回火炉中回火或自回火(,回火温度适宜炉中回火% &、%小时以上,自回火温度高于 、%分钟以夕,淬火应 力合理地降低了,则油道内壁裂纹就不发展成?形裂纹。相反,未及时回火或回火不足,油道裂纹就会发展成?形裂纹图(。而当完全没有回火时,则不必磨削,就会发生孔周围淬硬层的剥落。这种情况,在油孔直径为?毫米的其他零件上,也得到 了证实。油道内壁裂纹,加热温度较高和激烈冷却是它形成的外界条件,而根本的原因是? 钢的淬透性能

7、。一? #一图2油道内壁的裂纹图油道内壁裂纹发展成为?形裂纹国产? 钢,淬透性能差别很大。我们统计了# ?炉国产朽钢,其淬透性能见图1,发现测定的结果与资料有较大的差异。童粕尸垃且岛谁卜目1#? 炉 国产钢的淬透性能%一实测的曲线3一出现机率1 4的曲线。从图1可见,? 钢端淬试验时,在距端部#毫米处的硬度为/0? 1+ 1,距端部?+毫米处的硬度为/0 ? #? 1。正是由于? 钢淬透性能的波动大,导致了曲轴淬硬层深度的波动也很大。由于国产? 钢不保证淬透性能,这样,曲轴淬硬层深度差别大就无法避免。当端淬试验?+毫米处硬度不超过/ 0 ?# ?时,在一般的淬火条件下,油孔的淬硬层深度将不超过

8、毫米。因此,一般说来可以避免孔壁距表面#+一?+毫米处发生裂纹,即可以避免?形裂纹。而 当端淬试验时?+毫米处的硬度大于/0 ? &时,如淬火温度又较高,孔 周围的淬硬层可达!+毫米以上,这样,孔内壁裂纹就难于避免。如回火温度低,淬火应力未有效地降低,则势必发生?形裂纹。至此,我们认为,在供应的国产? 钢不保证淬透性能的情况下,确保孔处淬硬层深度小于毫米,保证及时、合理的 回火,是防止?形裂纹的有效方法。二、防止油孔加热时过热的一种简单方法感应加热淬火的零件,当淬硬区内有油孔时,由于加热特点,油孔周围都会出现加热温度不均匀的现象见 图% &(。用高频电流加热,即使孔的直径不超过?毫米,也会发生

9、孔的边缘严重过热。在用中频电流加热时,一般说来孔的直径小于!毫米时,可以不采取预防过热的措施不包括孔壁很薄的斜孔和孔边缘无倒角的情况(。而当孔 的直径超过!毫米时,基本上都得采用防护过热的措施。如防护不当,就可能出现烧熔现象见图%(。目前,常用的防止孔处在加热时过热的方法,是在孔内打入铜或钢塞,也有用木塞或湿石绵绳的。虽然这些措施对防止过热有一定的作用,并且用铜或钢塞效果也较好,可是,这种方法既不方便,又浪费人力和材料,增加生产成本。我们在发动机曲轴和空气压缩机曲轴盆盆盆盆盆盆盆盆盆盆盆盆盆盆袭数数5 5 5 5 5666太6%一一一一一 5 5 5 5 57 5 丫 川川川川彭教绷绷图 %

10、&加热 温度不匀的示意图%一低温区一高温区一? ?一等零件的感应淬火过程中,试验成功了导磁体防护法,方法简单易行,效果也较好,从而取消了孔中打入紫铜塞的工序。在感应器有效圈内侧对应油孔的部位,嵌人尺寸适宜的导磁体见图% (,就可以起到防止孔壁过热的作用。图% 感应器 内侧嵌入的导磁体图% %孔边缘的烧熔一感应圈一导磁体#一淬硬层通过感应器的电流,可以看成是一个圆形电流。在感应器内侧嵌入导磁体后,由于经过导磁体的磁通多,而使导磁体周围 的磁通减小。因此减弱 了导磁体相对部位即孔部的感应电流,产生的用来加热孔处的热量也就小于其它部位,可以有效地防止孔壁的过热。我们也曾做过实验,当导磁体尺寸很大时,

11、可以使油孔周围的加热温度比其它部位低得多,甚至可以 出现孔的边缘基本上不加热,即仍保持原来颜色的情形。不过,这种防护方法也带来了一个新的 问题,就是出现了孔附近部位淬硬层的偏浅现象。只有导磁体尺寸适宜,才能保证淬硬层深度在技术要求的范围以内,不致影响零件的使用性能。三、球头类零件颈部的裂纹球头类零件如 图%# (,一般都要求球面和相连的颈部同时感应淬火,以保证零件的强度要求。而感应淬火时,颈部圆弧处往往会出现淬火裂纹。为防止圆弧部位的裂纹,应注意以下两个问题。%+浸 液 冷却 时不 宜用水做淬火介质我厂? 8一# &型汽车的球头支承,是用? 钢制造的,颈部和球面同时感应淬火,淬火后的硬度要求为

12、/0 ? 一 。开始试 验时,我们考虑要求 的硬度不高,因此采用 了浸人水 中冷却。多次试验表明,零件颈部圆弧处常发生淬火裂纹。而采用浸 人油中冷却,又达不到要求的硬度值。经过观察发现,在浸人水 中冷却时,零件颈部的 圆弧处总有一层蒸气膜,致使圆弧处冷却缓慢,由于淬硬 区域内冷却不均 匀导致了出现淬火裂纹。根据这点,我们改用 % &4的氯化钠水溶液冷却,圆弧处的蒸汽膜消除了。整个淬硬区域内冷却均匀,因此,消除了圆弧处的淬火裂纹。+喷水冷却 时颈 部圆 弧处 的 冷却速 度 不( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (6 6 6 6 6 6 6 6 6 7 7 7 7 7 6 6 6 6

13、 6)肠肠肠肠5 5 56 6 6 6 6 6 6 6 6 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 55 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 59 9 9, ,图% #球头支承的示意图 8一淬火区一? 一可低千零件的其它部位。这一方面是为了使整个淬硬 区域冷却均 匀,另一方面,圆弧处喷水往往容易不匀,冷却较其它部位缓慢,这样就容易引起圆弧处的淬火裂纹。而圆弧处冷却速度略高于其它部 位时,只要感应器与零件之间的间隙不过小,则不必担心会引起淬火裂纹。四、对应感应器喷水 孔处的点状裂纹直径? &毫米以上的圆柱形零件,当采用对

14、中心式整圈感应器加热、喷水冷却淬火而零件又不旋转时因有时零件旋转有困难(,如感应器内壁与零件间的空气隙太小,零 件 于淬 火后,表面就会留下冷却水柱直射冷却造成的斑点。这种斑点呈圆形,比感应器上的喷水孔略大些。而在斑点的中间,往往能发现长%毫米的微裂。裂纹短小而轻微,我们称为点状裂纹。经测量得出,水柱直射冷却时形成的激冷斑点,高出零件其它部位的表面约&+& 毫米。这表明斑点处的冷却比其它部位激烈得多。斑点的产生是由于冷却时喷射的水柱 未 散开,在与炽热零件的表面接触时未形成水幕所致。由此说明感 应器内壁与工件表面间的气隙太小了,必须加以改进。在资料?,”中介绍,“感应器内壁与零件表面间的气隙以

15、一#毫米为合理”。其实,这是欠妥的。而应以喷射水柱能散开形成水幕为合理。这就必须考虑零件直径的大小。当零件的直径大时,气隙就应该大。我们认为,此气隙等于零件直径的%:% &%: 为宜。否则,当零件较大而淬火时又不旋转,就可能发生点状裂纹。尤其是在遇到淬透性能较高的材料时更易发生裂纹。五、结束语在本文中仅叙述了许多种感应淬火裂纹中的 几种,是以中碳钢零件为主的。我们发现,国产中碳钢的淬透性能相差悬殊。钢材供应时不保证淬透性能的情况,对感应淬火是十分不利的。我们还发现,不仅?形裂纹与钢的淬透性能关系极大,而且其它形式的感应淬火裂纹,如淬火后凸轮的掉角、淬硬 区端部剥落等,也均与钢材的淬透性能密切相

16、关。所以,中碳钢的淬透性能如何,必须引起重视,切不可在发现淬硬层偏浅时就贸然增加加热时间、提高淬火温度或增加冷却速度,以免引起严重的淬裂事故。今考资料%高洛文、查美特宁,高频热处 理,中国工业出版社付 代直、林慧国等,钢的淬透性手册,机械工业出版社#斯 路霍茨基、雷斯金,机器零件感应加热用的感应器,机械工业出版社?浙江大学新技术 译丛编译组,热处 理上接第? 1页(下使用,接近干摩擦状态,这是和金属球碗不同的。通过实际试验当球碗行驶 2万公里后其磨损量约为&+克。指状共聚甲醛塑料球碗能满足使用要求,经两年多的实际使用效果良好。塑料球碗的投产为我厂节约 了大量的人力、物力,并且减轻了工人的体力劳动。