42CrMo主轴表面裂纹形成原因的分析

马　强

(太原重型机械学院，山西　太原　030024)

摘要：对主轴表面裂纹的形貌特征和材质的化学成分进行分析，金相检验发现裂纹两侧有不同程度的脱碳情况，可以判定表面裂纹的产生是在主轴锻造和热处理之前，与轴坯的轧制不良有关。

关键词：表面裂纹；氧化；脱碳；金相检验

引　言

某厂一批42CrMo主轴在粗加工过程中，轴身表面不时有纵向小裂纹出现。受厂方委托，为寻找裂纹产生的原因及防止措施，选取了较典型的主轴裂纹取样进行分析。

1　主轴原始状况

该批主轴用钢牌号为42CrMo，统一数字代号A30422，系锻造加工成型，锻后经正火+回火处理。主轴锻件示意图见图1，主轴锻件热处理工艺见图2。

                图1　主轴锻件示意图                             图2　主轴锻件热处理工艺

2　裂纹原因分析

2.1　裂纹实物照片

主轴表面裂纹实物照片见图3。

图3　主轴表面裂纹

2.2　化学成分验证

经取样对主轴进行成品化学分析，其结果符合GB/T3077-1999《合金结构钢》标准的规定。主轴成品化学成分见表1。

2.3　金相检验

主轴表面裂纹显微镜下观察的形貌见图4，向内延伸的裂纹见图5。由图4、图5可知，裂纹的顶端呈现圆秃形，且其内有大量浅灰色氧化物填充，向内延伸的裂纹与主轴表面垂直，深度约2mm。

将裂纹试样用4%硝酸酒精溶液浸蚀后，主轴表面裂纹及显微组织见图6，向内延伸的裂纹及显微组织见图7。由图6、图7可看出，远离裂纹处的基体组织为珠光体+铁素体，按YBöT5148-1993《金属平均晶粒度测定法》测定晶粒度为7级～8级。可知正火+回火处理的结果是符合规律的、满意的。同时发现裂纹两侧严重氧化脱碳，显微组织为大小不均匀的铁素体。

图4　未浸蚀主轴表面裂纹　100× 

图5　未浸蚀向内延伸的裂纹　100×

       图6　浸蚀后的主轴表面裂纹及显微组织　100×         图7　浸蚀后向内延伸的裂纹及显微组织　100×

3　主轴表面裂纹的综合分析

主轴基体显微组织为珠光体+铁素体，且晶粒度为7级～8级，热处理工艺及操作属正常状态，表面裂纹并非由热处理引发。

虽然表面裂纹顶端呈圆秃状，但由于其裂纹向内走向与锻件表面垂直，说明了该裂纹不是折叠。折叠是由金属变形流动过程中已氧化的表层金属汇合在一起而形成的锻造缺陷，其最显著特征是折缝与锻件表面有一定的倾斜角(一般为30°～45°左右)，其纹路多与流线方向一致。

裂纹两侧的显微组织铁素体基本呈等轴状排列，并非垂直于裂纹的规律性排列，证明表面裂纹不是在锻造过程中形成。

成品化学成分符合42CrMo钢标准化学成分的要求，材质本身没有差错。

裂纹两侧严重脱碳，表明在锻前轴坯中已有微小裂纹存在，并与大气相通。在锻造加热的高温下(1100℃～1200℃左右)使裂纹四周发生严重的氧化脱碳，锻造过程中裂纹有所扩展。

4　结束语

通过综合分析可知，主轴表面裂纹产生于锻造和热处理工序之前，即轴坯状态时已有裂纹存在，锻造时又有所扩展。故在轴坯进厂后应严格对表面质量进行检验，以防不合格轴坯转入下道工序，给企业带来不必要的经济损失。当锻造投料前发现轴坯表面有裂纹时，可向原供货单位提出索赔或退货。