45 钢摆臂轴淬火裂纹分析及防止措施
杨　尧(燕山大学　继续教育学院,河北秦皇岛066004)
　

    45钢柴油机摆臂轴(如图1所示)，硬度要求50～55HRC。采用盐浴炉加热(820～840)℃×7min，10%(质量分数%，下同)盐水淬火，(200～220)℃×60min回火。生产中常发现边角处产生裂纹，以至剥落，造成严重的经济损失。为此，深入分析裂纹产生的原因，改进了热处理工艺，解决了淬火裂纹问题。

图1 柴油机摆臂轴

1 摆臂轴淬火裂纹原因分析

    钢件淬火前，由于原材料在切削加工中存在切削力和切削热的作用而产生严重的内应力，导致热处理后在边角处产生裂纹以至剥落。

    淬火过程中由于零件各部位温差所造成的热胀冷缩不一致而产生热应力，如图2所示；另一方面由于淬火时奥氏体及其转变产物的比容不同，零件各部分组织转变时间不同造成组织应力，图3为圆钢试样淬火时组织应力的变化情况。零件在淬火过程中热应力和组织应力常同时产生并迭加存在，再加上机加工过程中未消除的残余应力，在某一时刻上述叠加应力超出钢的瞬时强度极限，导致该零件产生裂纹而报废。

图2 圆钢试样热应力的变化
(a)加热时沿截面的应力分布 (b)冷却时沿截面的应力分布

2 防止摆臂轴淬火裂纹的措施

    淬火前进行550～600C×3h去应力退火，以消除机加工过程中产生的应力。

    (1)降低淬火加热温度：钢材的淬火加热温度不是一个固定不变的参数，一般手册中规定的只是规范性的推荐值。实践证明，钢制零件最合适的淬火温度，是以钢的临界点来确定的，以手册中推荐的数值为基础，还应考虑钢中含碳量、微量元素的影响及其零件形状、尺寸、表面粗糙度等因素，选择最合理的加热温度。如45钢摆臂轴选择780～800℃加热时，零件淬裂倾向明显减小。

图3 圆钢试样淬火时组织应力的变化

    (2)选择合适的冷却介质：零件淬火的冷却速度应大于临界冷却速度，以获得马氏体组织。该介质在钢的过冷奥氏体分解最快的温度下，具有最强的冷却能力，在接近马氏体时，冷却能力又变得缓慢。这样，既保证了淬火要求，又减少了淬火应力，防止了淬火变形开裂。45钢摆臂轴采用10%的盐水作冷却介质，淬火开裂倾向比水小得多。
3 结语

    生产实践证明，45钢摆臂轴采用550～600℃×3h去应力退火；盐浴炉(780～800)℃×7min加热，淬入10%的盐水冷却，再进行(200～220)℃×60min回火，可有效解决摆臂轴淬火裂纹。