非調質鋼曲軸感應淬火裂紋失效分析

曲軸作為汽車發(fā)動機驅動的關鍵部件，其性能對發(fā)動機壽命具有直接影響。生產過程中對影響曲軸性能的質量缺陷十分重視，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。非調質鋼曲軸在感應淬火之前，因沒有像調質鋼一樣經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)質量問題。中國重汽集團研究人員針對某調質鋼曲軸在批量生產驗證過程中發(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生的原因，以改進生產工藝條件，提高曲軸產品的質量。 

　　曲軸從下料到成品的整個生產流程如下：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。 

　　在上述生產流程中，經超聲檢測，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%。 

　　產品固定位置出現(xiàn)裂紋，應該與生產工藝條件的波動密切相關。為尋找確定裂紋產生的原因，首先應探明裂紋源位置。由于曲軸產品的裂紋主要發(fā)生在第7主軸與法蘭結合處，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系。裂紋尾端明顯的“拐彎”與鍛造過程金屬流動有關，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)生轉向。 

　　為查找裂紋產生的原因，選取此位置感應淬火無裂紋的國產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，但框型偏析的菱角在分模面兩側都存在，感應淬火后兩側偏析位置在感應淬火中產生的組織應力、熱應力基本一致，但裂紋集中在一側，說明裂紋與兩側的金屬流動差異存在一定關系。