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深冷处理之传动齿轮淬火开裂原因分析

来源：鑫锋立      发布日期：2019-04-15

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深冷处理之传动齿轮淬火开裂原因分析 

　　

鑫锋立（北京）科技有限公司是国内专业研发超低温深冷设备以及各种液氮深冷处理设备的国内品牌，主要生产：深冷箱、低温装配设备、深冷处理设备、液氮高低温试验箱，模具深冷处理，超低温处理工艺，超低温处理技术、超低温深加工设备，具有多年的低温设备及食品机械设备的相关产品与服务的销售和经验。

　深冷处理之传动齿轮淬火开裂原因分析

　
我厂柴油机变速器传动齿轮采用45Mn2钢,经下料→锻造→退火→粗车→调质→精车→氮化等工序加工而成。以前工件经830℃×1h淬NQA淬火液,580℃×2h回火,生产一直很稳定。近一年来,几批工件有在精车时发现微裂的,有在淬火时发现开裂的。最严重的一批90%开裂报废,影响了正常的装机进度。此工件由某锻造厂负责下料、锻造、退火。深冷处理
1　理化检验
1.1　材料成分检验
从开裂的齿轮上取样进行化学成分定量分析,结果是(质量分数,%):0.44C,0.26Si,1.6Mn,P<0.032,S<0.030,符合45Mn2国家标准[1]。从开裂部位截取试样,在低倍镜下观察,未发现夹杂物超标。深冷处理
1.2　裂纹所在部位与形貌
该齿轮开裂部位如图2所示,裂纹在低倍镜下的形貌如图3。齿轮形状不复杂,壁厚相差不大,而淬火裂纹集中出现在工件内孔四周(内孔是在锻件退火后加工而成),呈径向分布,裂纹内壁无氧化物。深冷处理
图3　裂纹形貌
2　分析与讨论
从上面检验可知,裂纹是在淬火时产生的。引起淬火开裂的一种可能是NQA淬火液的冷却速度太快,造成很大的淬火应力,另一种可能是淬火前原始组织异常。深冷处理
2.1　NQA淬火液冷却速度的测量与分析
NQA淬火液是1997年投入使用来代替油的淬火介质。浓度控制在14%～18%,适用于低合金钢的淬火。经测量其浓度为15%,其冷却性能如表1。可见,在536℃时冷却速度最快,300℃时冷却速度接近50℃/s,原则上可以代替油而用于该工件的淬火[2]。随后又作一试验,取三件同批工件,经840℃×1h淬油,有两件开裂。说明15%的NQA淬火液冷却速度不是造成开裂的主要原因。深冷处理
表1　所使用的NQA淬火液的冷却性能测定结果
最大冷却速度136℃/s冷却到600℃时所用时间9.4s最大冷却速度时所在温度536℃冷却到400℃时所用时间11s300℃时的冷却速度54℃/s冷却到200℃时所用时间18s。深冷处理
2.2        金相分析与讨论
在同一批锻件的外部和心部分别截取金相试样,经抛光,4%的硝酸酒精腐蚀,金相组织如图4所示,为粗大珠光体+块、网状铁素体,但外部组织的铁素体网有所细化。造成这种组织的出现可能是工件模锻时锻打时间短,停锻温度高,粗大的晶粒未被充分打碎随后便缓冷;锻后退火又加热不足,保温时间短,便出现如图4的异常粗大组织。工件在淬火时虽然要经过重新加热,但由于组织的遗传性[3],其淬火后的组织仍具有粗大晶粒的特性,退火后粗大珠光体,块、网状铁素体使淬火加热时奥氏体成分均匀化困难,淬火后组织不均匀,淬火应力增大,力学性能下降,以至工件开裂。深冷处理
3  工艺试验与结果
取同批锻件三件,进行完全退火,工艺为810～830℃,保温3h炉冷。金相检验,组织为细珠光体+铁素体,消除了粗大晶粒的位向和块、网状铁素体,见图5。然后加热到840℃保温1h淬NQA淬火液,探伤,无裂纹。整批锻件经以上工艺处理,无一开裂。满足了生产需要。深冷处理
4  结论
45Mn2钢制传动齿轮,由于锻造、退火工艺不当,在淬火前组织粗大,有块、网状铁素体出现,导致淬火后组织不均匀,并且遗传有粗大晶粒的特性,从而使钢材性能下降,淬火应力增加,以致开裂。
鑫锋立（北京）科技有限公司是国内专业研发超低温深冷设备以及各种液氮深冷处理设备的国内品牌，主要生产：深冷箱、低温装配设备、深冷处理设备、液氮高低温试验箱，模具深冷处理，超低温处理工艺，超低温处理技术、超低温深加工设备，具有多年的低温设备及食品机械设备的相关产品与服务的销售和经验。