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1、传动齿轮淬火开裂原因分析摘 要:几批45Mn2钢制传动齿轮,分别经NQA淬火液、50%机油+50%柴油混合油的淬火,都有不同程度的开裂。对此进行分析,认为工件淬裂的主要原因是锻造、退火工艺不当,淬火前组织粗大并且有块、网状铁素体存在,导致淬火后的组织不均匀,淬火应力增加,致使工件开裂。经过工艺调整,完全消除了开裂现象,满足了生产需求。关键词:冷却速度;网状铁素体;遗传性;淬火应力;锻后退火中图分类号:TG156.35 文献标识码:B 文章编号:1001-3814(2002)01-0047-02 我厂柴油机变速器传动齿轮采用4
2、5Mn2钢,经下料→锻造→退火→粗车→调质→精车→氮化等工序加工而成。以前工件经830℃×1h淬NQA淬火液,580℃×2h回火,生产一直很稳定。近一年来,几批工件有在精车时发现微裂的,有在淬火时发现开裂的。最严重的一批90%开裂报废,影响了正常的装机进度。此工件由某锻造厂负责下料、锻造、退火。锻后尺寸如图1。1 理化检验1.1 材料成分检验从开裂的齿轮上取样进行化学成分定量分析,结果是(质量分数,%):0.44C,0.26Si,1.6Mn,P<0.032,S<0.030,符合45Mn2国家标准[1]。从开裂部位截取试样,在低倍镜下
3、观察,未发现夹杂物超标。1.2 裂纹所在部位与形貌该齿轮开裂部位如图2所示,裂纹在低倍镜下的形貌如图3。齿轮形状不复杂,壁厚相差不大,而淬火裂纹集中出现在工件内孔四周(内孔是在锻件退火后加工而成),呈径向分布,裂纹内壁无氧化物。图3 裂纹形貌2 分析与讨论从上面检验可知,裂纹是在淬火时产生的。引起淬火开裂的一种可能是NQA淬火液的冷却速度太快,造成很大的淬火应力,另一种可能是淬火前原始组织异常。2.1 NQA淬火液冷却速度的测量与分析NQA淬火液是1997年投入使用来代替油的淬火介质。浓度控制在14%～18%,适用于低合金钢的淬火。
4、经测量其浓度为15%,其冷却性能如表1。可见,在536℃时冷却速度最快,300℃时冷却速度接近50℃/s,原则上可以代替油而用于该工件的淬火[2]。随后又作一试验,取三件同批工件,经840℃×1h淬油,有两件开裂。说明15%的NQA淬火液冷却速度不是造成开裂的主要原因。表1 所使用的NQA淬火液的冷却性能测定结果最大冷却速度136℃/s冷却到600℃时所用时间9.4s最大冷却速度时所在温度536℃冷却到400℃时所用时间11s300℃时的冷却速度54℃/s冷却到200℃时所用时间18s2.2金相分析与讨论在同一批锻件的外部和心部分别
5、截取金相试样,经抛光,4%的硝酸酒精腐蚀,金相组织如图4所示,为粗大珠光体+块、网状铁素体,但外部组织的铁素体网有所细化。造成这种组织的出现可能是工件模锻时锻打时间短,停锻温度高,粗大的晶粒未被充分打碎随后便缓冷;锻后退火又加热不足,保温时间短,便出现如图4的异常粗大组织。工件在淬火时虽然要经过重新加热,但由于组织的遗传性[3],其淬火后的组织仍具有粗大晶粒的特性,退火后粗大珠光体,块、网状铁素体使淬火加热时奥氏体成分均匀化困难,淬火后组织不均匀,淬火应力增大,力学性能下降,以至工件开裂。3工艺试验与结果取同批锻件三件,进行完全退火
6、,工艺为810～830℃,保温3h炉冷。金相检验,组织为细珠光体+铁素体,消除了粗大晶粒的位向和块、网状铁素体,见图5。然后加热到840℃保温1h淬NQA淬火液,探伤,无裂纹。整批锻件经以上工艺处理,无一开裂。满足了生产需要。4结论45Mn2钢制传动齿轮,由于锻造、退火工艺不当,在淬火前组织粗大,有块、网状铁素体出现,导致淬火后组织不均匀,并且遗传有粗大晶粒的特性,从而使钢材性能下降,淬火应力增加,以致开裂。参考文献:[1] 彭福泉.机械工程材料手册(黑色金属材料)[M].北京:机械工业出版社,1990.[2] 曾广益.淬火介质冷却
7、曲线的判读和评价[J].金属热处理,1999,(3):38.[3] 赵连城.金属热处理原理[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1987.
