感应淬火轴承套圈的裂纹分析

尤蕾蕾　端木培兰　孙小东　王毅哲　陈小超
（洛阳LYC轴承有限公司技术中心，河南洛阳　471039）

　　在对三排圆柱滚子组合转盘轴承零件进行感应淬火回火后的着色探伤检查时发现淬火表面有裂纹。该型号轴承零件材料为42CrMo钢，其加工工艺流程为：锻造→粗车加工→调质→精车加工→感应淬火、回火→磨加工。锻件调质和套圈滚道中频热处理工艺参数见表1。 　　1　理化检验
　　1.1裂纹形貌
　　裂纹位于淬火面上，沿圆周方向分布，长度约40cm，其宏观形貌如图1（a）所示。沿裂纹处断口表面氧化严重，形貌如图1（b）所示。横向切取裂纹处制成金相试样在显微镜下观察，可见裂纹深约7mm，两侧基本吻合，局部有氧化皮。 　　1.2裂纹处硬化层宏观形貌
　　将切取的横向试样用4%硝酸酒精溶液腐蚀，在显微镜下观察，发现裂纹两侧有氧化现象，但无脱贫碳，且裂纹处的硬化层较深，形貌如图2（a）所示。该试样侧面无裂纹处的硬化层形态平整均匀，如图2（b）所示。 　　1.3热处理质量检查
　　感应淬火滚道表面硬度要求为55～62HRC；有效硬化层深度要求≮4mm；显微组织按照JB/T9204—2008钢件感应淬火金相检验》标准评定，要求为3～7级。
　　滚道淬硬层金相组织为回火马氏体，按照JB/T9204—2008标准评为5级，如图3所示，符合标准要求。
　　根据标准GB/T5617—2005《钢的感应淬火或火焰淬火后有效硬化层深度的测定》对试样进行淬硬层深度检测，用维氏硬度计对该试样进行硬度测试，由仪器直接转换为洛氏硬度值，结果如图4所示，表面硬度为58～58.5HRC。滚道感应淬火硬化层深度是硬度值从48HRC的点到滚道表面的距离，由图4可以看出滚道淬硬层深度为4.5mm左右，满足淬硬层深度≮4mm的技术要求。 　　2　分析与讨论
　　1）从图1（b）裂纹的断口形貌可以看出，裂纹两侧存在严重的氧化现象，说明裂纹在形成之后又经过了高温处理，导致断口面氧化严重。由于零件在感应淬火后的回火加热温度较低（170℃），不足以使存在裂纹的零件产生严重的氧化现象，因此，可以排除中频淬火产生裂纹的可能性。从图3、图4可以看出感应淬火零件的显微组织符合标准规定，表面硬度及硬化层深度满足技术要求。这就排除了因硬度过高、组织过粗或硬化层深度不合适而导致产生感应淬火裂纹的可能性。由此进一步证明该裂纹非感应淬火裂纹。
　　2）由图2（a）可以看出，裂纹两侧基本吻合，说明裂纹在形成过程中经过辗压锻打等剧烈的压力加工过程的可能性很小。假设裂纹在调质前产生，则经过845℃淬火，必然会产生明显脱贫碳现象，但裂纹两侧无脱贫碳现象，说明调质处理前零件表面无裂纹。又由于裂纹两侧有氧化，排除了感应淬火裂纹的可能性，所以，该裂纹为调质淬火裂纹，裂纹两侧的氧化是调质后的高温回火及感应加热时产生的。淬火裂纹通常是由于淬火内应力在工件表面形成的拉应力超过冷却时钢的强度而引起的。一般发生在Ms以下的冷却过程，此时钢因发生马氏体转变，塑性急剧降低，而组织应力急剧增大，易形成裂纹^[1]。
　　3）再由图2可以看出，有裂纹的淬火截面硬化层形态与无裂纹的淬火截面有明显的不同，这进一步说明该裂纹是在感应淬火前就存在的，它的存在会对感应淬火硬化层的分布产生显著影响。无缺陷的金属基体是一个均一的整体，在感应加热时，磁力线均匀分布，产生的涡流也均匀分布，使涡流影响区均匀加热（图2（b））。当基体中有缺陷时，缺陷内部空间的磁导率下降为空气中甚至真空中的磁导率，相当于一种“磁阻”，磁力线趋向于沿基体中磁导率较高的缺陷边界分布，缺陷边界的磁通密度增加，从而形成一个包络缺陷的高密度涡流区^[2]，所以淬硬层呈现环绕裂纹而形成如图2（a）所示的波浪形貌，由此进一步说明该裂纹是在感应淬火前产生的。
　　3　结论及改进措施
　　1）该零件的裂纹是感应淬火前产生的，为调质过程形成的淬火裂纹。
　　2）若对有缺陷的零件表面进行感应淬火，磁力线会避开缺陷位置而沿磁导率较高的缺陷边界分布，所以淬火前的缺陷会严重影响感应淬火硬化层的分布，由此可以判定裂纹为非感应淬火裂纹。建议对锻件进行调质处理时，严格按照工艺规定执行，并定期对热电偶、炉温均匀性及淬火油的冷却性能进行鉴定，避免因加热温度过高或保温时间过长或冷却不均匀导致淬火裂纹的产生。
　　参考文献：
　　[1]李智博，郭健.45A钢卡爪淬火开裂原因分析[J].金属热处理，2004，29（8）：74-76.
　　[2]李丽.回转齿轮中频感应淬火开裂原因分析[J].山东机械，2005（4）：22-28.