曲轴热锻中表层局部微米级裂纹产生机理
40Cr锻钢曲轴毛坯调质裂纹分析及技术对策
40Cr 锻钢曲轴毛坯调质裂纹分析及技术对策第一拖拉机股份有限公司锻造厂 (洛阳 471004) 李克生 王阔军 田进安摘 要 对40Cr 锻钢曲轴毛坯的调质裂纹进行了分析,从材料成分、热处理工艺和锻造工艺等方面探讨了减少裂纹的途径,在保证曲轴性能的前提下,有效地降低了质量成本。
关键词 曲轴 裂纹 成本曲轴是发动机中的关键零件,它的质量好坏对发动机的性能有重大影响。
为此,确保曲轴的设计性能,减少大量生产过程中产生的淬裂报废乃至为重要。
我厂是生产锻钢曲轴毛坯的大型锻造厂,年产各类曲轴15万支左右,其中以40Cr 材质者居多。
图1为一种40Cr 曲轴的实物照片,表1和表2为该曲轴的化学成分和机械性能要求。
表1 40Cr 曲轴的化学成分要求%材质CSiMnPSCrCu40Cr 0.41~0.440.17~0.370.60~0.80 0.035 0.0350.95~1.10 0.2表2 用户对40Cr 曲轴的性能及金相组织要求s /M Pa b /M Pa 5/% /%A ku /J 金相组织 6208401245474级1 化学成分对曲轴性能的影响1.1 非金属夹杂物对曲轴性能的影响非金属夹杂物包括硫化物、硅酸盐、铝酸盐等复合夹杂物,这些非金属夹杂物积聚严重时将割裂金属基体材料的连续性,使 bb 和A k 值明显降低[1]。
在生产实际中经常发现曲轴在调质后校直时发生断裂,笔者曾在扫描电镜下观察断裂曲轴的断口形貌,发现断口处有明显的夹杂现象,见图2。
因此,为保证曲轴的性能,锻坯中非金属夹杂物的级别应严格按照GB/T10569-1989评级图标准控制在2.5级以内。
1.2 微量元素对曲轴淬透性及性能的影响通常情况下微量合金元素会改变曲轴调质后的机械性能,但随着微量元素总量的增加及配伍的不当,曲轴的淬裂倾向将明显增大。
微量元素对调质工序的影响集中体现在提高曲轴的淬透性上。
据资料介绍,微量合金元素总和达到0.2%的45#钢,其淬透性明显增高。
裂纹原因分析
裂纹裂纹是锻压生产中常见的主要缺陷之一,通常是先形成微观裂纹,再扩展成宏观裂纹。
锻造工艺过程（包括加热和冷却)中裂纹的产生与受力情况、变形金属的组织结构、变形温度和变形速度等有关。
锻造工艺过程中除了工具给予工件的作用力之外，还有由于变形不均匀和变形速度不同引起的附加应力、由温度不均匀引起的热应力和由组织转变不同时进行而产生的组织应力。
ﻫ应力状态、变形温度和变形速度是裂纹产生和扩展的外部条件；金属的组织结构是裂纹产生和扩展的内部依据。
前者是通过对金属组织及对微观机制的影响而对裂纹的发生和扩展发生作用的。
全面分析裂纹的成因应当综合地进行力学和组织的分析。
ﻫ(一）形成裂纹的力学分析在外力作用下物体内各点处于一定应力状态,在不同的方位将作用不同的正应力及切应力。
裂纹的形式一般有两种:一是切断，断裂面是平行于最大切应力或最大切应变；另一种是正断，断裂面垂直于最大正应力或正应变方向。
ﻫ至于材料产生何种破坏形式,主要取决于应力状态,即正应力σ与剪应力τ之比值。
也与材料所能承受的极限变形程度εmax及γmａｘ有关。
例如，①对于塑性材料的扭转，由于最大正应力与切应力之比σ/τ=1是剪断破坏;②对于低塑性材料，由于不能承受大的拉应变，扭转时产生4５°方向开裂。
由于断面形状突然变化或试件上有尖锐缺口，将引起应力集中，应力的比值σ／τ有很大变化，例如带缺口试件拉伸σ／τ=4,这时多发生正断。
ﻫ下面分析不同外力引起开裂的情况。
1.由外力直接引起的裂纹ﻫ压力加工生产中，在下列一些情况，由外力作用可能引起裂纹:弯曲和校直、脆性材料镦粗、冲头扩孔、扭转、拉拔、拉伸、胀形和内翻边等，现结合几个工序说明如下。
弯曲件在校正工序中（见图３-34)由于一侧受拉应力常易引起开裂。
例如某厂锻高速钢拉刀时,工具的断面是边长相差较大的矩形，沿窄边压缩时易产生弯曲,当弯曲比较严重，随后校正时常常开裂。
ﻫ镦粗时轴向虽受压应力，但与轴线成４５°方向有最大剪应力。
锻造裂纹分析
锻造裂纹钢在锻造过程中形成的裂纹是多种多样的，形成原因也各不相同。
主要可分为原材料缺陷引起的锻造裂纹和锻造本身引起锻造裂纹两类。
属于前者的原因有残余缩孔、钢中夹杂物等冶金缺陷；属于后者的原因有加热不当、变形不当及锻后冷却不当、未及时热处理等。
有些情况下裂纹的产生可能同时含有几方面的原因。
锻造变形不当常引起裂纹。
最常见的是变形速度太大，钢的塑性不足以承受形压力而引起的破裂。
这种裂纹往往在锻造开始阶段就发生，并迅速扩展。
应及时采取措施纠正锻造工艺，并切除有裂纹的钢材或报废锻件。
另外一种是低温锻裂，在裂纹处往往有较多的低温相组织。
为避免这种裂纹产生，应使钢在锻造变形过程中不发生相变，要正确掌握和控制终锻温度。
鉴别裂纹形成的原因，应首先了解工艺过程，以便找出裂纹形成的客观条件，其次应当观察裂纹本身的状态，然后再进行必要的有针对性的显微组织分析，微区成分分析。
举例如下：对于产生龟裂的锻件，粗略分析可能是：①由于过烧；②由于易溶金属渗入基体金属(如铜渗人钢中)；③应力腐蚀裂纹；④锻件表面严重脱碳。
这可以从工艺过程调查和组织分析中进一步判别。
例如在加热钢以后加热钢料或两者混合加热或钢中含铜量过高时，则有可能是铜脆。
从显微组织上看，铜脆开裂在晶界，除了能找到裂纹外，还能找到亮的铜网，而在单纯过烧的晶界只能找到氧化物。
应力腐蚀开裂是在酸洗后出现，在高倍观察时，裂纹的扩展呈树枝状形态。
锻件严重脱碳时，在试片上可以观察到一层较厚的脱碳层。
裂纹与折叠的鉴别，不仅可以从受力及变形的条件考察，亦可以低倍和高倍组织来区分。
一般裂纹与流线成一定交角，而折叠附近的流线与折叠方向平行，而且对于中、高碳钢来说，折叠表面有氧化脱碳现象。
折叠的尾部一般呈圆角，而裂纹通常是尖的。
具有裂纹的锻件经加热后，裂纹附近有严重的氧化脱碳，冷却裂纹则无此现象。
由缩管残余引起的裂纹通常是粗大而不规则的。
由冷校正及冷切边引起的裂纹，在裂纹的周围有滑移带等冷变形痕迹。
分析铸造热裂缺陷形成的机理及改进措施
分析铸造热裂缺陷形成的机理及改进措施铸造热裂缺陷是铸造过程中常见的一种缺陷，它对铸件的质量和性能产生严重的影响。
了解和分析铸造热裂缺陷形成的机理，并采取适当的改进措施，对于提高铸件的质量和性能具有重要意义。
一、铸造热裂缺陷的机理分析铸造热裂缺陷的形成主要与铸造过程中的温度变化和应力积累有关。
具体的机理可以从以下几个方面进行分析：1. 温度梯度引起的热应力在铸造过程中，液态金属流注入型腔中后，由于型腔的温度梯度不均匀，会导致金属在冷却过程中产生温度梯度，从而引起不均匀的热收缩和热应力的积累。
当应力达到材料的承载极限时，就会发生裂纹的形成。
2. 金属的热固性和热收缩不匹配不同金属具有不同的热膨胀系数和热收缩系数，当金属与型腔或其他部件接触时，由于温度变化而引起的热收缩不匹配，也会导致热应力的产生。
3. 相变引起的应力集中在铸造过程中，液态金属在冷却过程中会发生相变，如固态化、固相转变等。
这些相变对金属的体积变化和应力产生有着重要影响。
当相变速率较快时，容易引起应力集中，从而形成裂纹。
二、改进措施为了减少铸造热裂缺陷的发生，可以采取以下改进措施：1. 控制铸造温度和温度梯度合理控制铸造过程中的温度和温度梯度对于减少热应力的产生具有重要作用。
可以通过调整浇注温度、冷却速度等参数来控制温度梯度的变化，减少热应力的积累。
2. 选择合适的金属材料选择具有匹配热膨胀系数和热收缩系数的金属材料，可以减少热收缩不匹配引起的应力积累。
同时，还应选择具有较好耐热性能的材料，以降低温度梯度引起的热应力。
3. 优化铸造工艺合理设计铸造工艺，采用预热、降温等措施，可以有效降低热应力的产生。
此外，还应注意避免温度梯度过大的情况，避免铸件过厚或形状复杂等导致热应力增加的问题。
4. 消除应力集中点铸造热裂缺陷的形成与应力集中有关，因此，要尽量消除或减少应力集中点。
对于已经存在的应力集中点，可以采取修补、改进设计等方式进行处理，以减少裂纹的产生。
曲轴产生裂纹的原因分析
４ ５
６
数控加工 车 削加工
热处理
按两端 中心孔找正 ，粗铣 曲拐 ，槽宽成 ，槽深 留量 双顶 ，粗车 曲拐，各处尖 角留圆弧
对 工 件 进行 调 质处 理 ，达 ２ ７ ０～３ ０ ０ ＨＢ Ｗ
数控 立铣床 卧式车 床
调 质
７ ８
数控加工 车 削加 工
质 工 序 ，６ 根是 ４ ０ Ｃｒ 材 质 ，２ 根 是 ４ ２ Ｃ ｒ Ｍ０ 材 质 ）展 开 检 测 ，具 体
图 １
参磊
… 热
６ ９
ｌ
ａ ｉ ｌ ｕ ｒ ｅ 。
ｌ 失 效 分 析
表
序号 工序名称
ｌ 锯 切 加 工 按 尺 寸要 求 进 行 下 料
１ ０ ０ ｍ１ Ｔ Ｉ 。 具 体 的 规 格 要 求 见 表
４。
火 的部 位 与 非 淬 火 的 部 位 连接 处
有 严 重 的 裂 纹 ， 如 图２ 所 示 。 判
工 艺 流程 ：粗 车 后 对 工 件 进
二 、 曲轴 加 工 工 艺 流 程分 析
从 原 材 料 的 锻 件 棒 料 ，经 过
ａｉ ｌ ｕ ｒｅ
…
～
豳
Ｉ 失 效 分 析
曲轴产生裂纹的原因分析
杜浩钧 ，武亚 鹏
一
、
曲轴的 介绍
的 检测 结 果 见表 ２ 。
的 无 损 检 测 ，得 出 由于 淬 火 产
（ １ ）通过 对表 ２ 中的８ 件曲
以 图ｌ 所 示 曲 轴 为 例 进 行 介 绍 。 曲轴 的 原 材 料 选 用 锻 件 的 棒 轴 进 行 渗 透 无 损 检 测 得 出 ：凡是
锻造裂纹与热处理裂纹原理形态
一：锻造裂纹与热处理裂纹形态一：锻造裂纹一般在高温时形成，锻造变形时由于裂纹扩大并接触空气，故在100X或500X 的显微镜下观察，可见到裂纹内充有氧化皮，且两侧是脱碳的，组织为铁素体，其形态特征是裂纹比较粗壮且一般经多条形式存在，无明细尖端，比较圆纯，无明细的方向性，除以上典型外，有时会出现有些锻造裂纹比较细。
裂纹周围不是全脱碳而是半脱碳。
淬火加热过程中产生的裂纹与锻造加热过程形成的裂纹在性质和形态上有明显的差别。
对结构钢而言，热处理温度一般较锻造温度要低得多，即使是高速钢、高合金钢其加热保温时间则远远小于锻造温度。
由于热处理加热温度偏高，保温时间过长或快速加热，均会在加热过程中产生早期开裂。
产生沿着较粗大晶粒边界分布的裂纹；裂纹两侧略有脱碳组织，零件加热速度过快，也会产生早期开裂，这种裂纹两侧无明显脱碳，但裂纹内及其尾部充有氧化皮。
有时因高温仪器失灵，温度非常高，致使零件的组织极粗大，其裂纹沿粗大晶粒边界分布。
结构钢常见的缺陷：1 锻造缺陷（1）过热、过烧：主要特征是晶粒粗大，有明显的魏氏组织。
出现过烧说明加热温度高、断口晶粒粗大，凹凸不平，无金属光泽，晶界周围有氧化脱碳现象。
（2）锻造裂纹：常产生于组织粗大，应力集中处或合金元素偏析处，裂纹内部常充满氧化皮。
锻造温度高，或者终端温度低，都容易产生裂纹。
还有一种裂纹是锻造后喷水冷却后形成的。
（3）折叠：冲孔、切料、刀板磨损、锻造粗糙等原因造成了表面缺陷，在后续锻造时，将表面氧化皮等缺陷卷入锻件本体内而形成折缝。
在显微镜上观察时，可发现折叠周围有明显脱碳。
2 热处理缺陷（1）淬裂：其特点是刚健挺直，呈穿晶分布，起始点较宽，尾部细长曲折。
此种裂纹多产生于马氏体转变之后，故裂纹周围的显微组织与其它区域无明显区别，也无脱碳现象。
曲轴常见的锻造缺陷及解析
曲轴常见的锻造缺陷及解析曲轴是一种重要的机械零件，它经常用于内燃机、柴油机、发电机和飞机发动机等的传动装置中。
在曲轴的制造过程中，锻造是一种常用的加工方法。
然而，锻造过程中可能会产生一些缺陷，以下是曲轴常见的锻造缺陷及解析：
1. 晶界氧化物缺陷：这种缺陷是由于锻造过程中钢材表面被氧化而产生的。
这种缺陷通常出现在曲轴的表层，不仅影响曲轴的强度和韧性，而且还会导致曲轴的疲劳寿命缩短。
解决方法是通过增加锻造温度、减少加工速度或采用防氧化剂来减少这种缺陷。
2. 折叠缺陷：这种缺陷是曲轴锻件中最常见的缺陷之一。
折叠缺陷通常是在锤击或挤压中产生的。
这种缺陷会形成各种类型的裂纹，从而降低曲轴的强度和耐久性。
解决方法是通过变换锤击或挤压的方向，以减少折叠的风险。
3. 空洞缺陷：在曲轴的锻造过程中，可能会出现由气体或其他不稳定物质引起的空洞缺陷。
这种缺陷不仅会对曲轴的强度和刚度产生影响，而且还会导致曲轴表面的裂纹。
解决方法包括在制造过程中使用更好的防气体措施，并在生产前进行更彻底的金属质量检查。
4. 脆性缺陷：脆性缺陷产生的原因是当钢材在高温下变形时，钢材中的晶粒晶界会发生断裂。
脆性缺陷会导致曲轴易于断裂和损坏。
解决方法包括在锻造过程中加热和冷却的更准确控制及表面硬度测试的改进。
综上所述，锻造曲轴时需要采取多项措施来避免这些缺陷的发生，其中包括正确控制温度、锤击或挤压方向的变换、使用更好的防气体
措施以及在生产前进行更完善的金属质量检查。
磨削裂纹的形成与分析
磨削裂纹的形成：发动机上用的各种轴类零件如驱动轴、凸轮轴、曲轴、摇臂轴等在加工过程中需要热处理，但热处理后淬硬或经过渗碳淬火的轴类零件，在磨削过程中由于表面显微组织发生转变而形成大量的裂纹，即磨削裂纹。
下面就磨削裂纹的形成及特征加以阐述。
一、磨削裂纹的产生：（一）磨削裂纹的生成轴类零件在磨削过程中要产生大量的热量，这些热量只限于表面极薄的区域内，它足以使其表面温度达到800℃以上，而且升温极快。
如果磨削时冷却不够充分，将导致表面层的显微组织重新奥氏体化，并再次淬火成为马氏体。
因而使工件表面层产生极大的附加组织应力，同时由于表面温升极快，造成很大的热应力，当组织应力和热应力叠加超过了材料的强度极限时，被磨削的表面就会出现磨削裂纹。
（二）磨削裂纹形成的影响因素：1、组织结构所谓组织结构方面的影响因素有碳化物的形态与分布，残余奥氏体的数量以及非金属夹杂物。
显微组织中碳化物的形态、分布影响着磨削裂纹的生成，如果碳化物数量较多，颗粒较大，分布不均或集聚存在时，将明显地分割金属的基体，降低其强度。
尤其当以断续网状析出时，则会严重地削弱晶间结合力，明显地影响热传导，从而加剧磨削裂纹生成。
如果碳化物细小、分布均匀，则有利于分散磨削应力，从而减少生成磨削裂纹的机率。
零件磨削时显微组织中的残余奥氏体因受磨削热的影响必将发生分解，逐渐转变为马氏体，引起工件表面体积膨胀，而导致组织应力的产生，进而促进裂纹的形成。
因此，工件内部残余奥氏体量较高时，易于产生磨削裂纹。
2、热处理工艺经过淬火而不进行回火的轴件，对磨削裂纹的形成是非常敏感的。
因为磨削时产生的磨削热足以使表层淬火马氏体发生转变，碳化物析出，体积减少。
造成了工件表面与内部的比容差，引起较大的内应力，进而形成裂纹。
轴件有时回火不足，在磨削时也容易形成裂纹。
由此可见，对淬火后的零件必须进行充分地回火。
但是为了保证工件达到一定硬度的要求，回火温度不能任意提高。
因此必须采用合适的磨削工艺，使工件表面受热的温度不超过回火温度。
曲轴常见的锻造缺陷及解析
曲轴常见的锻造缺陷及解析
曲轴是发动机的核心零部件之一。
在锻造过程中，曲轴会出现一些常见的缺陷，本文将介绍这些缺陷及解析。
1. 割缝：割缝是曲轴表面的裂缝。
它通常是由于轧制或冷却过程中曲轴表面的应力过大造成的。
割缝对曲轴的强度和耐久性造成严重影响。
2. 裂纹：裂纹是曲轴内部或表面的裂缝。
裂纹通常是由于过高的锻造温度或过快的冷却速度造成的。
裂纹对曲轴的强度和使用寿命造成严重影响。
3. 粗糙表面：粗糙表面是指曲轴表面的不平整。
这通常是由于锻造工艺不完善或锻造温度不合适造成的。
粗糙表面会导致曲轴在运转时产生额外摩擦力，加速磨损。
4. 异物：异物是指曲轴表面或内部的没有完全融入的杂质。
这通常是由于原材料不干净或炉子没有彻底清理造成的。
异物可导致局部应力集中，可能引发裂纹，影响曲轴的强度和使用寿命。
以上是曲轴常见的锻造缺陷及解析。
为了保证曲轴的质量，需要在锻造过程中注意这些缺陷的预防和排除，确保曲轴的稳定性和可靠性。
发动机曲轴断裂的原因分析与处理
发动机曲轴断裂的原因分析与处理引言发动机是汽车的核心部件之一，负责转化燃油能量为机械能以推动轮胎运动。
发动机曲轴作为发动机的重要部件之一，承载着发动机的旋转运动。
然而，在使用发动机的过程中，有时会发生曲轴断裂的情况。
曲轴断裂会导致发动机损坏严重，甚至引起危险的交通事故。
因此，深入分析发动机曲轴断裂的原因并采取相应的处理措施非常重要。
原因分析1. 原材料质量不良原材料是曲轴的重要组成部分，如果原材料质量不良，曲轴就很容易出现折断的情况。
例如，原材料中含有铸造缺陷、气孔和夹杂物等缺陷，或者原材料的成分不均匀、含有过多的杂质等，这些因素都会导致曲轴在使用中发生断裂。
2. 加工工艺不当发动机曲轴通常需要通过多道工序进行精密加工，例如车削、铣削、磨削等。
如果加工工艺不当、或者加工过程中出现偏差，就会导致曲轴内部的应力分布不均匀，从而使曲轴出现疲劳裂纹并最终折断。
3. 过度磨损曲轴在使用过程中会经受到巨大的力和压力，因此需要经常保养和检查。
如果曲轴在使用过程中发生磨损，而没有及时更换或修复，就会导致曲轴的强度下降，最终出现断裂。
4. 油液污染曲轴主轴承和副轴承在使用过程中需要润滑油进行润滑，如果润滑油中带有杂质、氧化物等，就会加速曲轴和轴承的磨损，并使曲轴表面出现疲劳裂纹和腐蚀，导致曲轴折断。
5. 使用不当在使用发动机的过程中，如果没有及时清洁或更换空气滤清器、油滤清器等，就会导致发动机内部积聚大量污垢和杂质，从而造成曲轴的过度磨损和断裂。
此外，在使用过程中出现过载或者过度负荷运行也会导致曲轴出现断裂的情况。
处理措施1. 原材料选择在设计和生产曲轴时，应该优先考虑原材料的质量，尽可能选用高品质的材料。
必要时还应进行材料测试和检验，以确保曲轴的质量。
2. 加工流程控制在曲轴加工过程中，应该采用正确的工艺流程和切削参数，保证曲轴的形状和尺寸精度，防止出现疏忽和错误。
同时，需要采用高精度的检测手段检测曲轴的质量，确保曲轴加工的正确性。
曲轴常见损伤产生的原因有哪些
曲轴常见损伤产生的原因有哪些曲轴颈表面磨损曲轴颈是曲轴主要工作表面，其磨损是不可避免的，一般连杆轴颈磨损大部位是靠曲轴中心线一侧，而主轴颈磨损大部位是靠近连杆轴颈一侧。
主要和曲轴工作过程中受力有关。
如果连杆弯曲、缸套偏斜等，会加重曲轴颈的偏磨。
如果机油中的机械杂质过多，由于主轴颈与连杆轴颈油道的倾斜，在曲轴旋转离心力的作用下，磨料偏积于油道的远离旋转中心的一侧，并集中于连杆轴颈的一侧，从而导致该侧连杆轴颈磨损较大。
此外，零件安装位置的偏差和变形，也会使两侧受力不均，其中受力较大的一侧磨损较大。
曲轴颈表面磨损不严重的，可利用轴颈磨削来恢复。
曲轴磨削后，各轴颈的圆柱度误差、表面粗糙度、轴颈两端圆角半径应符合规定;各连杆轴颈轴线对主轴颈轴线的平行度误差、曲柄半径应符合原厂规定，各连杆轴颈轴线对曲轴正时齿轮键槽中心平面的分配角度偏差应符合厂家规定。
当磨损轴颈的尺寸超出修理尺寸，必须改换曲轴。
曲轴颈烧伤和擦伤轴颈表面出现烧伤、擦伤等缺陷。
其原因是润滑不良、冷却不够，或曲轴机械负荷过大，造成轴颈与轴瓦表面过高的热负荷。
加之剧烈摩擦使表面温度进一步升高，严重时导致轴瓦减磨合金烧熔，发生烧瓦故障。
过高的温度同时导致轴颈表面氧化，烧成蓝色。
轴颈表面稍微擦伤时，可用砂布修磨后，再用毛毡或帆布并涂上机油和少许氧化铬膏进行抛光。
后清洗曲轴，吹通油道。
裂痕曲轴裂痕产生的主要原因是应力集中造成的，一是轴颈与曲柄间圆角加工尺寸(圆角半径)过小，容易产生应力集中。
二是曲柄与轴颈之间的连接处，由于过渡部位形状的“急剧〞变化而产生的应力集中。
三是轴颈表面高频淬火时，由于工艺上的原因，轴颈圆角部分疲惫强度降低。
另外，曲轴工作中发生振动和扭动时，曲轴裂痕均增大，其中径向裂痕发展严重时，可能导致曲轴折断。
曲轴轴颈表面不同意有横向裂痕。
对轴向裂痕，其深度如在曲轴轴颈修理尺寸以内，可通过磨削磨掉，否则应予以报废。
曲轴的弯曲、扭曲和断裂曲轴产生弯曲和扭曲变形，往往是由于曲轴受到过大的冲击负荷所造成的。
曲轴连杆轴颈裂纹原因分析
加 工参 数 ：转 速 为３ ０ ０ ｒｍｉ ，进 给 量 为 ０ ／ ｎ
３ ０ ｍｍ／ ｎ，加 工 时 间 为３ 。 孔 １ ５±０ １ ０ ｍ； ２Ｓ ８． ．５ ｍｍ 、 ９ ８４０ １ ． ． ５ ｍｍ的 大 小 分 别 用 型号 为 ＢＬ — － １
２２ 低 倍 组织 分析 －
２ 裂纹分析
曲轴２ ，编号 为 １ 、２ 。 根 号 号
由于无法得到原材料 （ 完整曲轴切片 ） 样品 ， 取１ 号曲轴第１ 主轴轴颈及有裂纹的连杆轴颈做低倍组织分
２１年第 期 ０１ ７
汽车工艺与材料 Ａ８ ２ ＴＭ｝ ５ 【
生
产 侵 场
图 １ 敲开 断 口上 的石 状断 口形 貌 ４
４ 结论
在感应淬火前，曲轴连杆轴颈处即有裂纹存在 。
ａ裂纹 出现在 低倍 组 织缺 陷 处 ，断 口上 存在 晶 粒 ． 粗 大 、晶界 烧融 的现象 。
前 ，该结 论通过 感应淬火前 曲轴分析进一步得到证
明。值 得 关注 的 问题如 下 。
用 气 动 量 仪 Ｑ ＣＳＮ—Ｂ １ ０１ － ０１ ７ Ｉ ９． －０． ３
工Ａ 。加工参数 ：转速为４ ０ ０ ｒ ｎ 孔 ０ ／ ，进给量为 ｍｉ
３ ０ｍｍ ｍｉ，加 工 时间 为３ 。 ０ ／ ｎ ８Ｓ
在精加工过程 中，用气动量 仪来检 查精加工孔
裂纹 。
关键词 ：曲轴 连杆轴颈 裂纹 分析
中图分类 号 ：Ｕ ６ ．３ ２ ４ ４１３ ． 文献标识码 ：Ｂ
■ ■
东 风汽车 有 限公 司工 艺研 究所
张 梅 冯继 军 黄 文长
张
平
东风 商用 车公 司铸 造 二厂 程 慧清
曲轴产生裂纹或折断是何原因？
曲轴产生了裂纹是怎样检查的？
答：曲轴裂纹常发生在曲柄肖与曲柄及曲柄 与主轴颈的接合处（危险断面处）。设备条件较 好的修理厂是用磁粉探伤机，或超声波探伤仪进 行检查。检查时，先把曲轴用探伤机磁化，再用 干燥的细铁屑撒在需要检查的部位，同时用小
得有些孩子晚上躲在被窝看书，我爸爸常用他们的事迹教训我，我是在你的阴
金脱落，引起冲击载荷加大；
（3）曲轴长期后发生疲劳损坏；
（4）曲轴的轴承过热引起轴瓦的巴氏合金 熔化使曲轴弯曲变形； （5）由于机架刚度不够变形或扭曲及基础 下沉；
得有些孩子晚上躲在被窝看书，我爸爸常用他们的事迹教训我，我是在你的阴
（6）曲轴内在质量存在问题；
曲轴弯曲变形是什么原因？ 答：曲轴弯曲变形的原因主要是：
（1）连杆衬瓦和曲轴衬瓦的间隙过大，未 及时校正；
（2）曲轴衬瓦的间隙过小，或各道曲轴衬
瓦的中心线不在一条直线上；
（3）连杆活塞组或平衡铁及飞轮不平衡引
起附加惯性力和惯性力矩，引起机组振动大；
（4）曲轴长时期的不合理地存放；
（5）基础下沉。
曲轴在什么情况下要进行修理呢？
答：曲轴在使用过程中如果发现下列情况应
中心孔将其顶在车床上，然后用百分表进行检
验。
检验时，将百分表在测点对准曲轴中间的一
道或两道主轴颈，用手慢慢转动曲轴一圈后，百 分表上所指示的摆差，即为曲轴的弯曲摆差。 但必须指出，这样测得的结果，还可能有很 大的误差，因为它还牵涉到支持在“V”形架上 的两道主轴颈和中间一道主轴颈的失圆情况，看
得有些孩子晚上躲在被窝看书，我爸爸常用他们的事迹教训我，我是在你的阴
锤，轻轻敲击曲轴，这时注意观察，在铁屑聚积
的中间就有清楚的裂纹。
如果缺乏上述设备，也可用锤击法进行检
锻造和热处理过程中裂纹形成原因分析
锻造和热处理过程中裂纹形成原因分析发布时间：2021-05-20T10:33:30.803Z 来源：《基层建设》2020年第31期作者：裴一飞[导读] 摘要：裂缝很常见，生产过程往往是锻造和热处理过程。
航空工业哈尔滨飞机工业集团有限公司黑龙江哈尔滨 150000摘要：裂缝很常见，生产过程往往是锻造和热处理过程。
锻造裂纹通常在高温下发生，在锻造过程中会延伸并接触空气，形成裂纹中氧化的皮肤。
此框形成的裂纹不仅厚而且多，裂纹的两端不相连，尖端相对圆。
所处理的裂纹的形状和性能与锻造裂纹不同。
出现热处理后的裂纹是因为加热时该元素出现裂纹，导致在裂纹的咸晶方向上脱碳，最终结构比锻造裂纹厚。
对于和零件尤其如此本文收集了大量裂缝方式，分析总结了裂缝的原因。
最后，裂缝分为三类。
关键词：锻造、热处理；裂纹形成原因；过程；存在缺陷；前言裂纹是锻造和热处理中常见的缺陷之一，也是锻造行业中的热点和难点。
但是，锻造零件产生裂纹的可能性很大，因此必须研究锻造和热处理过程中的裂纹，并分析裂纹的原因。
一、锻造缺陷与热处理缺陷过热燃烧。
过度燃烧意味着加热温度高，切割机又大又不均匀，没有金属光泽，玻璃周围有氧化和渗碳。
造成裂缝。
当锻造温度较高或最终温度较低时，容易产生裂纹。
另一个裂缝是在水的钻井和冷却后形成的。
缩小范围。
表面缺陷是冲压、切割、板材磨损、穿孔等造成的。
在随后的钻孔中，观察到锻造体中存在表面氧化等缺陷以形成折弯。
通过显微镜观察，你可以看到弯曲周围明显的碳流失。
过火裂缝。
这些裂缝大多发生在MCU改造后，因此裂缝周围的微观结构与其他区域没有显着差异，也没有渗碳。
二、实验方法1.试样制备和宏观观察在试验前的第一阶段，只需对所选杆的工件裂纹进行宏观观察，在观察过程中，选择要测量的区域。
下一步是手动剪切选定区域，使其垂直于镜像且长度小于10 mm。
采样方法可能会有所不同，但在采样时必须选择温度和环境。
如果样品温度过高，可以使用冷水冷却样品，以免由于样品在回收过程中过热而改变事件的内部组织。
锻造和热处理过程中裂纹形成原因分析
锻造和热处理过程中裂纹形成原因分析【摘要】：在进行锻造与热处理的过程中，裂纹的出现是很常见的事情，在所有的锻造与热处理的过程中，不可能不出现裂纹。
这就让裂纹在锻造这个行业中成为了一种讨论的焦点。
构件的尺寸大小，材质质地的不同，裂纹的出现几率也不同，裂纹的出现种类不同，裂纹出现的形状不同。
在本文中主要进行锻造和热处理过程中产生裂纹的原因进行研究。
在本文中通过大量对资料的收集进行了产生裂纹原因的阐述，也进行了防止裂纹产生举措的提出，对于减少构件在锻造和热处理的过程中出现裂纹带来了很大的帮助。
【关键词】：锻造裂纹；折叠裂纹；淬火裂纹引言裂纹是在锻造和热处理过程中产生的常见缺陷之一，也是锻造行业研究讨论的热点、难点。
而大型锻件出现裂纹的概率更高，因而对锻造和热处理过程中产生的裂纹进行研究，分析裂纹产生原因，对于减少产品裂纹具有十分重要的意义。
1.锻造缺陷与热处理缺陷1.1过热、过烧主要特征是晶粒粗大，有明显的魏氏组织。
出现过烧说明加热温度高、断口晶粒粗大，凹凸不平，无金属光泽，晶界周围有氧化脱碳现象。
1.2锻造裂纹常产生于组织粗大，应力集中处或合金元素偏析处，裂纹内部常充满氧化皮。
锻造温度高，或者终端温度低，都容易产生裂纹。
还有一种裂纹是锻造后喷水冷却后形成的。
1.3折叠冲孔、切料、刀板磨损、锻造粗糙等原因造成了表面缺陷，在后续锻造时，将表面氧化皮等缺陷卷入锻件本体内而形成折缝。
在显微镜上观察时，可发现折叠周围有明显脱碳。
1.4淬裂其特点是刚健挺直，呈穿晶分布，起始点较宽，尾部细长曲折。
此种裂纹多产生于马氏体转变之后，故裂纹周围的显微组织与其它区域无明显区别，也无脱碳现象。
1.5软点显微组织有块状或网状屈氏体和未溶铁素体等。
加热不足，保温时间不够，冷却不均匀都会产生软点。
2.实验方法对锻造和热处理裂纹附近的显微组织进行晶相分析，有助于了解裂纹形成的内在原因，也是裂纹鉴别的重要依据。
试验采用实际生产的杆类件作为研究对象，对其裂纹附近组织进行晶相分析。
汽车发动机曲轴钢热加工纵裂原因及倾向性分析
故障维修汽车发动机曲轴钢热加工纵裂原因及倾向性分析杨毓永（东北特殊钢集团股份有限公司，辽宁 大连 116105）摘 要：在生产汽车发动机曲轴用热轧圆钢过程中，出现不同牌号的曲轴中碳钢表面纵裂缺陷。
通过对缺陷进行金相与电镜分析，及对钢锭坯料的原始表面观察，发现虽然裂纹的扩展形貌不同，但都是沿着铁素体带扩展。
在裂纹扩展带内，发现镁、硅的氧化物夹杂。
通过改善冶炼及浇铸工艺、制定合理的坯料转移及装炉温度工艺，可以避免此类钢发生纵裂缺陷。
关键词：中碳结构钢；表面纵裂；D410；S38MnSiV；42CrMo1 前言我公司在使用模铸钢锭及连铸坯轧制生产D410、S38MnSiV、42CrMo、40Cr的热轧圆钢上，都发现过形貌相似的纵裂（不同钢种的裂纹长度有所差异），同时在未轧制的钢锭和钢坯上也发现了原始裂纹，D410的纵裂发生比例要远大于其它钢种。
此类品种是做发动机曲轴的主要原材料，一旦缺陷遗传到曲轴上，则产生较大质量隐患及安全风险，避免这类缺陷的发生至关重要。
2 钢种成分及裂纹形貌2.1易纵裂钢种的主要成分表1 主要成分 w%牌号C碳Si硅Mn锰P磷S硫Cr铬Ni镍Mo钼V钒Al铝N氮D4100.400.49 1.500.0110.0250.260.030.030.070.030.016 S38MnSiV0.390.66 1.480.0170.0050.150.030.060.110.0300.014 42CrMo0.420.300.740.0140.003 1.140.050.220.0100.027/ 40Cr0.400.250.610.0190.0040.930.050.030.010.02/2.2纵裂形貌及特征在热轧后的圆钢表面上沿着轧制方向，出现长短不一的纵裂纹，轻微的表面为3-6cm断续裂纹，严重的则为50-100cm的长裂纹、甚至更长。
裂纹的深度也不同，轻微的可以修磨，而深度超出1mm的只能报废。
曲轴热锻中表层局部微米级裂纹产生机理
曲轴热锻中表层局部微米级裂纹产生机理周杰;张光华;权国政【期刊名称】《农业机械学报》【年(卷),期】2011(42)6【摘要】基于实验与数值模拟,从坯料体内部自由缺陷在坯料变形过程中发生移动的角度来分析某曲轴连杆轴颈分模面内侧及过渡圆角处的微米级裂纹产生机理.提出将连续的坯料体分为表层优质层和中心次优质层的包覆结构假设,建立了相应的数值模型,通过Deform 3D模拟出曲轴成形过程中这两层金属的流动与分布状态,获得了内部自由缺陷在锻件中的堆积趋势及原工艺下的成形速度场对优质层和次优质层流动的影响规律.结果表明:连杆轴颈分模面附近及过渡圆角处有中心次优质层金属分布并裸露在锻件表面,是自由缺陷富集的危险区；终锻成形过程中连杆轴颈横截面上金属的单方向流动加大了自由缺陷在危险区的聚集趋势.实验证明,出现的微米级裂纹是由从里层转移到表层的、化合物成分为MnS和MoS的夹杂物在锻件表层沿变形方向延伸而形成的一种发状纹.%Based on the experimental and numerical simulation, the mechanism of micron dimension crack of crankshaft appeared in the area of inner parting plan of rod journal and transition fillet was analyzed in the view of the billet inner freedom defects' transition during the forging. The billet was divided into two layers, named the outer higher quality layer and inner lower quality layer, and the corresponding finite element model of billet was built. The flow and distribution of two layers metal's during forging were simulated by Deform 3D and the trend of accumulate of inner defects was achieved as well asthe influence law of forging velocity on two layers' flowing. The results showed that the inner low quality metal was distributed in the area of inner parting plan of rod journal and transition fillet and exposed on forging surface, which was the dangerous area. The metal on the cross section of rod journal flowing only at a direction intensified the trend of defect accumulating in the dangerous area. According to the experiment results, the micron dimension crack was a kind of hairline crack. The inclusion which contained MnS and MoS and transited into the surface of forging from inside of billet was extended along with the forming direction.【总页数】5页(P230-234)【作者】周杰;张光华;权国政【作者单位】重庆大学材料科学与工程学院,重庆400044;重庆大学材料科学与工程学院,重庆400044;重庆大学材料科学与工程学院,重庆400044【正文语种】中文【中图分类】TG316.3【相关文献】1.HP295中间裂纹产生机理分析及控制措施 [J], 王向松;王三忠;李靖宇;高新军2.大断面曲轴表层局部球化不良缺陷的分析防止 [J], 张敏之;鲁栋;许景峰;时晓;杨淑欣;崔宝安3.一种高效过滤亚微米级细颗粒的新液固过滤技术——表层过滤 [J], 宋志黎;宋显洪4.裂纹梁单元在曲轴裂纹分析中应用 [J], 雷宣扬;宋希庚5.2205双相不锈钢急冷后金相组织中微裂纹产生机理的研究 [J], 王月香;方轶琉;刘振宇;王国栋因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
锻模液态模锻成形过程中热裂纹形成原因分析
收稿日期：作者简介：周惦武（ ），男，讲师。
文章编号： （ ）锻模液态模锻成形过程中热裂纹形成原因分析周惦武，何汉军，周述积（湖北汽车工业学院材料工程系，湖北十堰）摘要：从生产实际出发，分析了锻模液态模锻成形过程中热裂纹形成的主要原因，提出了降低锻模热裂纹的几点措施。
关键词：锻模；液态模锻；热裂纹中图分类号：文献标识码：： ，， ： ； ；引言采用液态模锻生产锻模，可将报废锻模重熔，从而节约大量模具钢，此外还可简化锻模生产工艺，减少机械加工量和加工费用，该工艺很有应用前景。
在液态模锻锻模的生产过程中，碰到的主要问题是锻模容易产生热裂纹。
研究其形成原因，不仅对制定合理的液态模锻工艺和采取合适的措施来防止和减少其形成具有实际意义，而且一旦锻模的热裂纹缺陷得到有效控制，采用液态模锻工艺代替传统的自由锻造工艺生产锻模，能为生产厂家直接创造出良好的经济效益。
液态模锻锻模生产过程液态模锻是将一定的液态金属直接注入金属模膛，然后施以机械静压力，使熔融或半熔融态金属在压力下结晶凝固，并产生一定塑性变形得以获得制件的加工过程。
采用该工艺生产锻模，其过程可用图 表示。
热裂纹分布位置与形貌生产现场观察表明：表层裂纹大多出现在锻模的型槽底角附近，形状为直线形或弧线形；内部裂纹则多出现在锻模的热节处，形状有放射状、波浪形等。
热裂纹形成的主要原因影响热裂纹的原因大致可从冶金学和机械、力学因素来分析。
冶金学因素主要指材料化学成分、凝固温度范围和冶金质量等。
锻模常用材料为 和 ，其含碳量为 ，其形成温度在液、固两相区或结晶有效范围内，在不平衡的固相线附近，将发生 （!）! （"）的少量相变，其线收缩有助形成热裂纹。
冶金质量主要指硫、磷成分的控制和氧化物夹杂的控制。
高硫、磷和氧化物夹杂将增加锻模件的热裂倾向。
机械、力学因素主要包括液态模锻模具结构、锻模的形状和尺寸、加压方式和加压大小、锻模的冷却方式、温度场以及液态模锻工艺参数等。
锻造裂纹与热处理裂纹的探究
锻造裂纹与热处理裂纹的探究摘要：制造企业在进行加工制造工作时，发现最容易出现裂纹问题的环节就是锻造加工及热处理加工工序。
基于现阶段加工制造行业的竞争逐渐激烈起来，为了提高企业的市场竞争能力及地位，提高受众对产品的满意度，全面提高企业的经济效益，企业必须要及时展开对裂纹的防治工作。
由于实际产生裂缝的原因有很多，而不同的问题有不同的处理方法。
基于此，本文重点从引发锻造裂纹与热处理裂纹的根本原因展开分析，明确新时期加工制造环节的注意事项有哪些，积极拟定科学的裂纹防治方案。
关键词：锻造裂纹；热处理裂纹；形成原因在机械产品的加工制造环节中，经常会出现裂纹问题而影响产品使用质量及使用价值。
因此，还需要工作人员不断总结工作经验，研究优化加工制造流程，提高产品制作质量，降低裂纹问题发生概率的方法。
一、分析产生锻造裂纹的根本原因及防治措施锻造是一种利用锻压机械对金属坯料施加压力，使得被加工的原材料发生形变的方法。
其主要的目的就是根据产品的制造需求对材料进行塑形操作，实践研究表明，这个环节是最容易出现裂纹问题的环节。
1、产生裂纹的原因锻造裂纹通常会出现在材料的受力薄弱点。
一般来说，产生裂纹的原因主要有三种，其一是金属材料质量不符合加工需求，无法承受锻造施工环节中机械设备施加的压力，因此在加工过程中就产生了裂缝，这与制造企业过于关注经济利益，而忽视了对产品质量的管理工作有关。
其二，是施工人员操作行为不当，没有按照施工流程有序完成加工制造工作。
其三，是锻造所使用的机械设备没有定期进行维修及保养，在使用过程中出现了故障问题。
这不仅会导致金属材料出现裂纹，而且也会影响工作人员的人身安全，是制造企业在新时期发展过程中需要解决的根本问题之一。
2、裂纹的防治措施想要解决锻造工作环节出现的裂纹问题，首先，应当定期对员工进行培训工作，提高其锻造产品的能力。
并建立严格的管理机制规范员工的工作行为，比如，可以设置责任监督机制，定期考察员工的工作完成情况。
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引言
曲轴是内燃机关键传动部件， 也是内燃机 5 大
0804 修回日期： 20101213 收稿日期： 2010* 国家自然科学基金资助项目 （ 10872221 、 10272120 ）
Email： huabei0825@ 163． com 作者简介： 周杰， 教授， 博士生导师， 主要从事模具技术、 材料成形数值仿真与优化研究，
［11 ～ 13 ］
Change of neutral surface during extrusion
应用有限元分析软件 Deform 3D， 通过该软件可 以很好对坯料进行分层， 并直观地观察到两层金属 的流动状态和分布状态， 为该方法的实现提供了一 个很好的实现工具。通过该软件建立了用于成形曲 轴的圆柱形坯料的有限元模型， 如图 7 所示， 在坯料 内生成了一中性面并对其划分网格。 坯料规格为 150 mm × 1 000 mm， 初始优质层厚度设为 30 mm。 其他的成形工艺参数的设置均在软件内设置完成 ， 限于篇幅， 这里不赘述。
图4 Fig． 4 界面上夹杂物的分布
Inclusion distribution on the surface
2
裂纹产生机理分析
通过金相分析， 得出在连杆轴颈内侧出现的磁 痕并非锻造裂纹， 也不是淬火裂纹。 值得注意的是 在整个界面发现有多处集中分布的夹杂物 。在锻造 过程中， 坯料体内部的自由缺陷包括夹杂物会在锻 件的成形过程中随着坯料的流动而发生移动 、 转移 并堆积在锻件的某些部位。若这些缺陷堆积在锻件 某些区域的表层或直接暴露在表面， 则容易在这些 区域造成内部缺陷的外露， 形成微米级裂纹等缺陷， 这些区域称为危险区。所以要分析出仅在曲轴连杆 轴颈内侧及过渡圆角处出现的微米级裂纹的机理 ，
图1 Fig． 1 通过磁粉探伤锁定的裂纹处
（ b） 部分切取试块
Crack found out by magnetic powder inspection
（ a） 发动机曲轴 1． 磁痕出现处 2． 磁痕
裂纹尾端圆钝， 其周围组织无脱碳。 在电子显微镜 下放大 2 000 倍观察的裂纹形态如图 3 所示， 发现 裂纹较平直， 不同于淬火裂纹。另外， 在金相显微镜 下放大到 500 倍观察整个界面， 发现界面上多处有 集中分布的夹杂物， 如图 4 所示。 且从图中可以看 出在该界面上该夹杂物由表及里都有分布 。
Abstract Based on the experimental and numerical simulation，the mechanism of micron dimension crack of crankshaft appeared in the area of inner parting plan of rod journal and transition fillet was analyzed in the view of the billet inner freedom defects ’transition during the forging． The billet was divided into two layers，named the outer higher quality layer and inner lower quality layer，and the corresponding finite element model of billet was built． The flow and distribution of two layers metal's during forging were simulated by Deform 3D and the trend of accumulate of inner defects was achieved as well as the influence law of forging velocity on two layers ’flowing． The results showed that the inner low quality metal was distributed in the area of inner parting plan of rod journal and transition fillet and exposed on forging surface，which was the dangerous area． The metal on the cross section of rod journal flowing only at a direction intensified the trend of defect accumulating in the dangerous area． According to the experiment results， the micron dimension crack was a kind of hairline crack． The inclusion which contained MnS and MoS and transited into the surface of forging from inside of billet was extended along with the forming direction． Key words Crankshaft，Forging，Micron dimension crack，Mechanism 件（ 机体、 缸盖、 曲轴、 连杆、 凸轮轴 ） 中最难以保证 ［1 ］ 加工质量的零件 。 曲轴工况条件十分恶劣， 既在 交变载荷下作高速运转， 又传递大扭矩。 曲轴产品
。 据此可以把材料分为表层优质
层和中心次优质层。表层优质层的厚度与内部缺陷 ［14 ～ 15 ］ 。坯料的分 含量、 原始分布状态和锻造比有关 层示意图如图 5 所示， 该图反映的是坯料截面为圆 形时材料的分层状态。
图7 Fig． 7
坯料体有限元模型
（ b） 纵向图
FEM model of billet with interface layer
图2 Fig． 2
光学显微镜下裂纹形态 Crack shape observed by optical microscope
图3
电镜下裂纹形态 Crack shape
Fig． 3
observed by TEM
1
1. 1
裂纹形态
实际生产 某型号的发动机曲轴在原生产工艺流程下， 机
加工完毕后利用高精度的探伤设备进行磁粉探伤 时， 磁粉在其连杆轴颈分模面内侧及与平衡块的过 渡圆角处聚集， 形成磁痕流线， 如图 1 所示。这说明 曲轴在此处含有裂纹。 从宏观上看， 磁痕呈射线状 分布， 线条较细， 长短不一。 抹去磁粉后， 表层仍然 很光洁， 肉眼无法看出缺陷， 说明该尺寸下的裂纹属 于微米级， 该种裂纹的出现会造成曲轴的机械性能 下降， 并降低其抗疲劳性。 1. 2 裂纹细观分布 通过探伤锁定裂纹位置后， 制备部分试样进行 金相组织分析， 进一步观察裂纹形态。 从该曲轴连 杆轴颈内侧出现磁痕的部位截取一试块并在垂直该 试块上的磁痕 （ 代表裂纹的方向 ） 方向上 （ 横向 ） 截 取一截面进行微观分析。首先用 4% 硝酸酒精侵蚀 界面， 在光学显微镜下放大 500 倍观察， 如图 2 所 示。从图中发现： 在磁粉聚集的部位发现了较浅的 裂纹， 经测量深度在 1 mm 以下， 属于微米级裂纹，
232
农
业
机
械
学
报
2011年
还需对内部自由缺陷在原锻造工艺下所发生的转移 进行追踪。 2. 1 层状包覆结构假设
图6 Fig． 6 挤压过程中中性面的变化过程
一般来说坯料体内部的金属组织较为疏松， 缺 ［9 ～ 10 ］ 。 这是 陷多， 而外层金属组织致密， 缺陷较少 因为坯料一般直接来源于铸锭或者经过简单轧制及 ［11 ］ 锻制 。铸锭由于在凝固的过程中与容器表面先 接触的钢液先开始凝固， 在表层某一厚度内成分偏 析， 疏松等缺陷少， 组织较致密， 材质优于心部。 另 铸锭虽然在随后的轧制和锻制过程中经过变形 ， 外， 产生一定的锻比， 铸锭表层的变形量大于心部， 改性 也比心部好
2. 2 2. 2. 1
第6 期
周杰 等： 曲轴热锻中表层局部微米级裂纹产生机理
231
［1 ］ 的性能对内燃机的工作性能具有重要影响 。 由 于锻造改性的优势明显， 锻钢曲轴的机械性能和寿
命较铸钢曲轴优越， 所以当前曲轴铸改锻工艺比较 ［2 ～ 6 ］ 。对于曲轴热锻成形工艺， 普遍 材料自由缺陷、 锻造工艺不恰当、 工人实际操作偏差等均会造成许 多产品缺陷， 在锻件表面形成的深度 1 mm 以下的 微米级裂纹是锻造缺陷的一种， 这种裂纹的出现与 ［3 ］ 原材料本身所固有的缺陷是分不开的 。 随着对 曲轴锻件品质要求的提高， 对于裂纹探伤也从原来 ［7 ～ 8 ］ ， 这必然要求原有 的毫米级逐渐提高到微米级 技术规范的不断提升。 本文通过探伤及金相辅助观察锁定微米级裂纹 形态及分布区域， 进一步解析裂纹形成机理。 根据 大量圆棒截面的组织观察结果， 对曲轴锻造工艺的 初始棒坯提出层状包覆结构假设， 表层为韧塑性能 中心层为内部自由 优良且自由缺陷较少的优质层， 缺陷较多的次优质层， 基于数值模拟技术跟踪变形 过程中这两层金属的流动， 得到从成形初始到成形 结束过程这两层金属在各区域的分布状态 ， 获得自 由缺陷随优质层和次优质层的堆积与分布趋势 ， 并 分析原工艺状态下速度场对优质层和次优质层流动 以此进一步解析曲轴表层的微米级裂纹机 的影响， 理。基于实验与数值模拟综合阐释曲轴表层微米级 裂纹产生机理， 为正确制定锻造工艺、 防止出现同类 缺陷提供依据。
2011年6月
农 业 机 械 学 报
第 42 卷 第 6 期
曲轴热锻中表层局部微米级裂纹产生机理
周 杰 张光华 权国政
（ 重庆大学材料科学与工程学院 ，重庆 400044 ）