45钢轴类零件热处理断裂分析及预防

谷先生 · 发表于 2016-11-11 16:43:57

45钢轴类零件热处理断裂分析及预防

45钢由于价格便宜、来源方便、加工性能好，淬火后具有较高的硬度，调质处理后具有良好的强韧性、高的强度和一定的耐磨性，被广泛地应用于中低档的轴类零件。但是45钢轴在热处理过程中，由于材料本身的原因，热加工不当和热处理工艺安排不合理，往往容易产生热处理断裂或在工作中发生早期失效，造成产品报废，严重影响生产的正常进行。

1.柴油曲轴热处理产生的裂纹及预防
某柴油机厂生产一批柴油机曲轴，该工厂采用圆钢锻造，为了赶工期，该厂采取的加工工序是：下料→锻造→粗加工→调质→精加工→检验入库。该批曲轴在淬火后，一部分曲轴的曲拐处产生裂纹，造成了产品报废。

分析工序安排和以往的经验，这是因为锻后没有进行退火或正火，钢材在锻造时产生的锻造应力没有很好地消除，因此在热处理淬火时，淬火产生的应力和原来轴中存在的应力叠加，当叠加应力超过材料的强度极限时，曲45钢曲轴表面应力集中处即产生裂纹。

针对45钢锻造曲轴产生裂纹原因的分析，对45钢锻造后的曲轴进行正火热处理，不仅消除了锻造产生的应力，还为曲轴的调质热处理做好了组织准备，正火后的45钢曲轴锻件在淬火后不再产生裂纹。

2.45钢轴类的热处理工艺改进
某机械厂生产一批轴套，外径φ140mm，内径φ100mm，长320mm。如果采用圆钢制造，仅内孔切掉就浪费材料50%以上，而且浪费大量加工工时。后来该厂采用外径略大内径略小的钢管制造，这样就节约了大量钢材料并节省了大量加工工时。为了提高轴套的强度，我们采用了调质热处理，其热处理工艺是：淬火加热温度840℃，水冷；550℃回火，保温2h后空冷，回火后轴套硬度25～30HRC，符合技术要求。

但是第一批热处理的12个轴套中有2个出现裂纹。分析其产生的原因：①由于中空套在淬火冷却时，内外壁冷却不均匀，外部冷却快，内壁冷却慢，造成内外应力不均匀，使轴套产生裂纹。②钢套在轧制过程中产生的内应力未能很好地进行消除，因此在热处理时轧制后的残留应力和热处理淬火应力叠加，当叠加应力超过钢材的强度极限时，45钢钢套就会断裂。

针对以上原因，我们采取两项工艺改进：①淬火前，首先对轴套进行消除应力退火，加热温度700℃保温1h，出炉后空冷。②轴套在淬火冷却时，应垂直入水，并上下不停运动，这就加快了轴套内壁的冷却速度，减少钢套内外壁冷却温度的不一致性，从而减少内外壁冷却应力。

采取以上两项工艺措施，轴套在热处理后不再出现裂纹，提高了产品质量，从而保证了轴套生产的正常进行。