非調(diào)質(zhì)鋼曲軸感應淬火裂紋失效分析

曲軸作為汽車發(fā)動機驅(qū)動的關(guān)鍵部件，其性能對發(fā)動機壽命具有直接影響。生產(chǎn)過程中對影響曲軸性能的質(zhì)量缺陷十分重視，尤其對裂紋的重視程度極高，一般都進行探傷100%檢測后才允許裝機使用。非調(diào)質(zhì)鋼曲軸在感應淬火之前，因沒有像調(diào)質(zhì)鋼一樣經(jīng)歷過組織的劇烈變化，故在感應淬火時無法明確其組織應力的承受能力，導致在生產(chǎn)中若操作人員、設備、材料、工藝、環(huán)境某個環(huán)節(jié)控制不當，易于出現(xiàn)質(zhì)量問題。中國重汽集團研究人員針對某調(diào)質(zhì)鋼曲軸在批量生產(chǎn)驗證過程中發(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生產(chǎn)流程如下：下料→加熱→鍛打→切邊→校正→冷卻→拋丸→探傷→機加→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，個別曲軸鍛件多處發(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%，同時在幾個鋪板處也發(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，應該與生產(chǎn)工藝條件的波動密切相關(guān)。為尋找確定裂紋產(chǎn)生的原因，首先應探明裂紋源位置。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有關(guān)，金屬流動方向存在輕微變化，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，選取此位置感應淬火無裂紋的國產(chǎn)曲軸與進口曲軸進行低倍對比分析，發(fā)現(xiàn)淬火未開裂的國產(chǎn)曲軸與進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，感應淬火后兩側(cè)偏析位置在感應淬火中產(chǎn)生的組織應力、熱應力基本一致，但裂紋集中在一側(cè)，說明裂紋與兩側(cè)的金屬流動差異存在一定關(guān)系。