非調(diào)質(zhì)鋼曲軸感應(yīng)淬火裂紋失效分析
曲軸作為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的關(guān)鍵部件,,其性能對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)壽命具有直接影響,。生產(chǎn)過程中對(duì)影響曲軸性能的質(zhì)量缺陷十分重視,尤其對(duì)裂紋的重視程度極高,,一般都進(jìn)行探傷100%檢測(cè)后才允許裝機(jī)使用,。非調(diào)質(zhì)鋼曲軸在感應(yīng)淬火之前,,因沒有像調(diào)質(zhì)鋼一樣經(jīng)歷過組織的劇烈變化,故在感應(yīng)淬火時(shí)無法明確其組織應(yīng)力的承受能力,,導(dǎo)致在生產(chǎn)中若操作人員,、設(shè)備、材料,、工藝,、環(huán)境某個(gè)環(huán)節(jié)控制不當(dāng),,易于出現(xiàn)質(zhì)量問題。中國重汽集團(tuán)研究人員針對(duì)某調(diào)質(zhì)鋼曲軸在批量生產(chǎn)驗(yàn)證過程中發(fā)現(xiàn)的淬火裂紋問題,,從曲軸鍛造成形工藝,、原材料狀況等方面分析裂紋產(chǎn)生的原因,以改進(jìn)生產(chǎn)工藝條件,,提高曲軸產(chǎn)品的質(zhì)量,。
曲軸從下料到成品的整個(gè)生產(chǎn)流程如下:下料→加熱→鍛打→切邊→校正→冷卻→拋丸→探傷→機(jī)加→淬火→回火→磨削→探傷→平衡→防銹→發(fā)貨。
在上述生產(chǎn)流程中,,經(jīng)超聲檢測(cè),,個(gè)別曲軸鍛件多處發(fā)現(xiàn)裂紋,裂紋主要集中在固定位置,,即第七主軸與法蘭分模面結(jié)合處,,此處裂紋數(shù)量占裂紋總數(shù)的70%,同時(shí)在幾個(gè)鋪板處也發(fā)現(xiàn)了裂紋,,2鋪板,、4鋪板、12鋪板處的裂紋各占裂紋總數(shù)的10%,。
產(chǎn)品固定位置出現(xiàn)裂紋,,應(yīng)該與生產(chǎn)工藝條件的波動(dòng)密切相關(guān)。為尋找確定裂紋產(chǎn)生的原因,,首先應(yīng)探明裂紋源位置,。由于曲軸產(chǎn)品的裂紋主要發(fā)生在第7主軸與法蘭結(jié)合處,故重點(diǎn)分析該處裂紋的裂紋源位置,。
金相組織分析表明,,該裂紋沿分模面方向開始,裂紋開口基體組織為馬氏體,,穿過約3mm后,,組織為馬氏體+珠光體+鐵素體混合組織,再往里為珠光體+鐵素體組織,。初始為穿晶裂紋,,裂紋尾端為沿晶裂紋,尾端裂紋發(fā)生明顯的“拐彎”,,特別是中部以及尾部裂紋的分支較多,,連接裂紋為極為細(xì)小的裂紋,延伸至22.9mm,,裂紋尾端內(nèi)部存在明顯硫化物,,裂紋附近硫化物的走向與裂紋平行,,說明裂紋的擴(kuò)展與原材料的夾雜物有直接關(guān)系,。裂紋尾端明顯的“拐彎”與鍛造過程金屬流動(dòng)有關(guān),,金屬流動(dòng)方向存在輕微變化,造成硫化物方向發(fā)生變化,,淬火過程中裂紋因夾雜物走向延伸中發(fā)生轉(zhuǎn)向,。
為查找裂紋產(chǎn)生的原因,選取此位置感應(yīng)淬火無裂紋的國產(chǎn)曲軸與進(jìn)口曲軸進(jìn)行低倍對(duì)比分析,,發(fā)現(xiàn)淬火未開裂的國產(chǎn)曲軸與進(jìn)口曲軸在分模面裂紋位置無明顯的框型偏析,,而帶有裂紋的曲軸有明顯的框型偏析。
金屬流動(dòng)分析表明,,七主軸與法蘭分模面裂紋都集中于一側(cè),,但框型偏析的菱角在分模面兩側(cè)都存在,感應(yīng)淬火后兩側(cè)偏析位置在感應(yīng)淬火中產(chǎn)生的組織應(yīng)力,、熱應(yīng)力基本一致,,但裂紋集中在一側(cè),說明裂紋與兩側(cè)的金屬流動(dòng)差異存在一定關(guān)系,。