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非调质钢曲轴感应淬火裂纹失效分析

作者: 来源: 日期:2019/12/8 16:30:34

曲轴作为汽车发动机驱动的关键部件,其性能对发动机寿命具有直接影响。生产过程中对影响曲轴性能的质量缺陷十分重视,尤其对裂纹的重视程度极高,一般都进行探伤100%检测后才允许装机使用。非调质钢曲轴在感应淬火之前,因没有像调质钢一样经历过组织的剧烈变化,故在感应淬火时无法明确其组织应力的承受能力,导致在生产中若操作人员、设备、材料、工艺、环境某个环节控制不当,易于出现质量问题。中国重汽集团研究人员针对某调质钢曲轴在批量生产验证过程中发现的淬火裂纹问题,从曲轴锻造成形工艺、原材料状况等方面分析裂纹产生的原因,以改进生产工艺条件,提高曲轴产品的质量。
  曲轴从下料到成品的整个生产流程如下:下料→加热→锻打→切边→校正→冷却→抛丸→探伤→机加→淬火→回火→磨削→探伤→平衡→防锈→发货。
  在上述生产流程中,经超声检测,个别曲轴锻件多处发现裂纹,裂纹主要集中在固定位置,即第七主轴与法兰分模面结合处,此处裂纹数量占裂纹总数的70%,同时在几个铺板处也发现了裂纹,2铺板、4铺板、12铺板处的裂纹各占裂纹总数的10%。
  产品固定位置出现裂纹,应该与生产工艺条件的波动密切相关。为寻找确定裂纹产生的原因,首先应探明裂纹源位置。由于曲轴产品的裂纹主要发生在第7主轴与法兰结合处,故重点分析该处裂纹的裂纹源位置。
  金相组织分析表明,该裂纹沿分模面方向开始,裂纹开口基体组织为马氏体,穿过约3mm后,组织为马氏体+珠光体+铁素体混合组织,再往里为珠光体+铁素体组织。初始为穿晶裂纹,裂纹尾端为沿晶裂纹,尾端裂纹发生明显的“拐弯”,特别是中部以及尾部裂纹的分支较多,连接裂纹为极为细小的裂纹,延伸至22.9mm,裂纹尾端内部存在明显硫化物,裂纹附近硫化物的走向与裂纹平行,说明裂纹的扩展与原材料的夹杂物有直接关系。裂纹尾端明显的“拐弯”与锻造过程金属流动有关,金属流动方向存在轻微变化,造成硫化物方向发生变化,淬火过程中裂纹因夹杂物走向延伸中发生转向。
  为查找裂纹产生的原因,选取此位置感应淬火无裂纹的国产曲轴与进口曲轴进行低倍对比分析,发现淬火未开裂的国产曲轴与进口曲轴在分模面裂纹位置无明显的框型偏析,而带有裂纹的曲轴有明显的框型偏析。
  金属流动分析表明,七主轴与法兰分模面裂纹都集中于一侧,但框型偏析的菱角在分模面两侧都存在,感应淬火后两侧偏析位置在感应淬火中产生的组织应力、热应力基本一致,但裂纹集中在一侧,说明裂纹与两侧的金属流动差异存在一定关系。    

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