45钢轴类零件表面横向裂纹分析

第47卷第4期2019年8月

Vol. 47 No. 4Aug. 2019

现代冶金

Modern Metallurgy

45钢轴类零件表面横向裂纹分析

朱文凯，赵宜

（中天钢铁集团有限公司，江苏常州213011）

摘要：采用宏观检验、磁粉探伤、化学成分分析、金相分析等方法，对45钢轴类零件表面横向裂纹的产生原因进行 了分析。结果表明：45钢轴类零件表面横向裂纹形貌符合磨削裂纹的特征，属于典型的磨削裂纹；磨削裂纹的产生 是由磨削热所致，主要与磨削加工工艺不当有关。

关键词：45钢；轴类零件；横向裂纹；磨削裂纹

中图分类号:TG142.41； TG115.2； TG115. 3

引言

采用45钢热轧圆钢制造的轴类零件，其加工工 序为：①103 mm 热轧圆钢下料"外表面加工至

①100. 5 mm "表层高频感应淬火"表面磨削加工

"表面抛光"表面镀铬&近期有数根轴类零件在表 面磨削加工后，目视可发现轴类零件表面有多条裂 纹&本文对已产生裂纹的轴类零件进行了理化检 验、分析，以查找裂纹产生的原因&

1材料理化检验

1.1宏观检验

轴类零件表面横向裂纹宏观形貌如图=2所示,目视可见整根轴类零件表面有多条裂纹，局部区域已

出现剥落现象。将该轴类零件经荧光磁粉探伤后发

现,该轴类零件表面存在两种裂纹:一是沿周向分布 的裂纹，呈分散条状，各条裂纹相互平行，且与磨削方 向呈一致;二是呈网状分布的龟裂，如图3所示&

图1 轴类零件表面横向裂纹宏观形貌

图2轴类零件表面局部区域出现剥落现象

图3轴类零件经荧光磁粉探伤后显现的裂纹形貌

1・2化学成分分析

在轴类零件上取样，使用德国超谱公司

QSN750型直读光谱仪进行化学成分分析，结果如 表1所示，可知轴类零件的化学成分符合GB/T699- 2015《优质碳素结构钢》标准对45钢的成分要求&

1・3金相检验

于图3中所标取样位置取纵向截面试样分析，

轴类零件表层感应淬火层深度约3. 2 mm,感应淬

收稿日期：2019-03-13

作者简介：朱文凯（（987-），男，助理工程师& E-mail ：517063106@qq.

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第4期朱文凯，等：45钢轴类零件表面横向裂纹分析17

表1轴类零件的化学成分/%

!（C）!（Si）w（Mn）!（P）!（S）w（Cr）!（Ni）!（Cu:实测值0.440.10.550.0150.0100.030.010.03标准值0.42-0.500.17-0.370.50-0.80#0.035#0.035#0.5#0.30#0.25

火层组织为马氏体组织，基体金相组织为铁素体+

珠光体;但在最表面存在一层非常薄的回火屈氏体

组织，厚度约为0.4mm o

在表面感应淬火层内发现有“人”字形裂纹，裂

纹由“人”字头从表面向内延伸至约0.6mm左右便

分叉沿轴向扩展，形成“人”字形裂纹,且在零件表层

发现有非常薄的一层回火屈氏体组织，层深约为

0.4mm左右，如图4-9所示&

图4轴类零件表层纵向截面组织形貌

磨削烧伤层组织

裂纹

感应淬火层组织

基体组织

邸騎基

图5轴类零件表层纵向截面组织形貌

图6前图裂纹处放大

1$硬度测试

对轴类零件进行硬度测试，结果如表2所示&感应淬火组织区域洛氏硬度约为51HRC,而磨削烧伤层洛氏硬度约为40HRC左右&说明磨削烧伤

图7表层磨削烧伤层组织

图'感应淬火层金相组织

图9基体组织

对感应淬火组织进行了回火，其组织由马氏体转变为回火屈氏体-1.o

表2硬度测试结果

测试部位显微硬度/HV1换算硬度/HRC

感应淬火

组织区域

537，539，54251,51,52

感应淬火表面

磨削烧伤层

382，364，37840.5，39.5，40.5

2分析与讨论

该轴类零件化学成分符合GB/T699-2015优质碳

18现代冶金第47卷

素结构钢标准要求，说明零件材料的化学成分正常。

宏观观察可见该零件表面有多条横向裂纹，局部区域已出现剥落现象。但经荧光磁粉探伤后发现，该零件表面存在两种裂纹，一是沿周向分布的裂纹，二是呈网状分布的龟裂，这些裂纹的分布形态都呈现典型磨削裂纹的特征&

金相分析表明，零件表面有一层深约3.2mm 的感应淬火层，在感应淬火层内发现有“人”字形裂纹，裂纹由“人”字头从表面向内延伸至约0.6mm 左右便分叉沿轴向扩展，形成“人”字形裂纹,零件基体金相组织为铁素体+珠光体&感应淬火层组织为马氏体组织；且在零件表层发现有非常薄的一层回火屈氏体组织，层深约为0.4mm左右&经硬度测试，感应淬火组织区域硬度约为51HRC,而回火屈氏体组织硬度约为40HRC左右，说明磨削时该零件表面产生了磨削烧伤，对表面感应淬火组织进行了回火，使其组织由马氏体转变为回火屈氏体&磨削裂纹总是与烧伤同时发生的，由此进一步推断该零件表面裂纹属于磨削裂纹&

磨削裂纹是由磨削热引起的&砂轮对工件表面进行磨削加工时，磨粒微刃对被加工表面的切削、刻划、摩擦、抛光作用使金属在短时间内经历挤压、滑移、挤裂、切离四个阶段，从而使磨粒与工件的摩擦及金属的塑性变形能量全部转化为热量&当高速旋转的砂轮与工件表面接触时瞬间温度高达1000K 以上,产生很大的热应力。在冷却条件不良的情况下，工件表面将发生组织相变、产生组织应力。这种组织应力和热应力的叠加超过零件材料的强度极限时，被磨削表面就会出现磨削裂纹

该零件表层感应淬火组织是处于膨胀状态的马氏体组织；高速磨削时，浅表层快速加热至约100K 以上并迅速冷却，薄层内马氏体组织将产生收缩，这种收缩仅发生在表层，而其基体仍处于膨胀状态，从而使表面层承受拉应力而产生微裂纹；当温度升至300K以上，表面薄层发生组织变化，马氏体析出碳化物，残留奥氏体进一步分解为回火马氏体或回火屈氏体，在迅速冷却过程中基体组织不再变化，比容减少，硬度下降，并在表面形成了拉应力，从而再次产生磨削裂纹&同时，磨削接触区温度高达800K 以上，马氏体组织被加热到临界温度以上并迅速冷却，此过程中产生了淬火组织，比容增大，产生了压应力，加速了磨削裂纹的产生&

3结束语

该轴类零件表面裂纹的宏观形态具有典型磨削裂纹的特征，金相检验也表明存在磨削烧伤现象;其磨削裂纹的产生与该轴类零件表面磨削过程中表面冷却不当，或者进刀量太大等因素有关，应加以避免及改进&

参考文献：

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