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)動機驅動的關鍵部件,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。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(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,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(chǎn)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。