45鋼由于價格便宜、來源方便、加工性能好，淬火后具有較高的硬度，調(diào)質(zhì)處理后具有良好的強韌性、高的強度和一定的耐磨性，被廣泛地應(yīng)用于中低檔的軸類零件。但是45鋼軸在熱處理過程中，由于材料本身的原因，熱加工不當(dāng)和熱處理工藝安排不合理，往往容易產(chǎn)生熱處理斷裂或在工作中發(fā)生早期失效，造成產(chǎn)品報廢，嚴(yán)重影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。
1.柴油曲軸熱處理產(chǎn)生的裂紋及預(yù)防
某柴油機廠生產(chǎn)一批柴油機曲軸，該工廠采用圓鋼鍛造，為了趕工期，該廠采取的加工工序是：下料→鍛造→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工→檢驗入庫。該批曲軸在淬火后，一部分曲軸的曲拐處產(chǎn)生裂紋，造成了產(chǎn)品報廢。
分析工序安排和以往的經(jīng)驗，這是因為鍛后沒有進(jìn)行退火或正火，鋼材在鍛造時產(chǎn)生的鍛造應(yīng)力沒有很好地消除，因此在熱處理淬火時，淬火產(chǎn)生的應(yīng)力和原來軸中存在的應(yīng)力疊加，當(dāng)疊加應(yīng)力超過材料的強度極限時，曲45鋼曲軸表面應(yīng)力集中處即產(chǎn)生裂紋。
針對45鋼鍛造曲軸產(chǎn)生裂紋原因的分析，對45鋼鍛造后的曲軸進(jìn)行正火熱處理，不僅消除了鍛造產(chǎn)生的應(yīng)力，還為曲軸的調(diào)質(zhì)熱處理做好了組織準(zhǔn)備，正火后的45鋼曲軸鍛件在淬火后不再產(chǎn)生裂紋。
2.45鋼軸類的熱處理工藝改進(jìn)
某機械廠生產(chǎn)一批軸套，外徑φ140mm，內(nèi)徑φ100mm，長320mm。如果采用圓鋼制造，僅內(nèi)孔切掉就浪費材料50%以上，而且浪費大量加工工時。后來該廠采用外徑略大內(nèi)徑略小的鋼管制造，這樣就節(jié)約了大量鋼材料并節(jié)省了大量加工工時。為了提高軸套的強度，我們采用了調(diào)質(zhì)熱處理，其熱處理工藝是：淬火加熱溫度840℃，水冷；550℃回火，保溫2h后空冷，回火后軸套硬度25～30HRC，符合技術(shù)要求。
但是第一批熱處理的12個軸套中有2個出現(xiàn)裂紋。分析其產(chǎn)生的原因：①由于中空套在淬火冷卻時，內(nèi)外壁冷卻不均勻，外部冷卻快，內(nèi)壁冷卻慢，造成內(nèi)外應(yīng)力不均勻，使軸套產(chǎn)生裂紋。②鋼套在軋制過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力未能很好地進(jìn)行消除，因此在熱處理時軋制后的殘留應(yīng)力和熱處理淬火應(yīng)力疊加，當(dāng)疊加應(yīng)力超過鋼材的強度極限時，45鋼鋼套就會斷裂。
針對以上原因，我們采取兩項工藝改進(jìn)：①淬火前，首先對軸套進(jìn)行消除應(yīng)力退火，加熱溫度700℃保溫1h，出爐后空冷。②軸套在淬火冷卻時，應(yīng)垂直入水，并上下不停運動，這就加快了軸套內(nèi)壁的冷卻速度，減少鋼套內(nèi)外壁冷卻溫度的不一致性，從而減少內(nèi)外壁冷卻應(yīng)力。
采取以上兩項工藝措施，軸套在熱處理后不再出現(xiàn)裂紋，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，從而保證了軸套生產(chǎn)的正常進(jìn)行。
3.大型45鋼鍛軸的熱處理工藝改進(jìn)
在某一熱處理廠，我們對一根φ320mm×1600mm大型鍛軸進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，雖然我們淬火冷卻過程采取多項工藝措施：即從電阻爐取出大型鍛軸時放在空氣中預(yù)冷卻，適當(dāng)降低淬火溫度，在冷卻階斷采取水冷→空冷→水冷→空冷→水冷，并提高出水溫度，但鍛軸仍舊出現(xiàn)裂紋。這是因為大型軸淬火時內(nèi)外溫度相差較大，冷卻溫度不均勻?qū)е聝?nèi)外應(yīng)力過大引起的。
我們改進(jìn)了熱處理工藝，在處理大型鍛軸采取了用正火代替調(diào)質(zhì)處理。并對調(diào)搟軸和正火軸進(jìn)行組織和性能的檢查，發(fā)現(xiàn)兩類軸組織和性能基本一致。因此，我們認(rèn)為對直徑較大的軸可以采取以正火代替調(diào)質(zhì)熱處理，這樣既解決了大型軸的質(zhì)量問題，又可保證大型軸淬火裂紋的產(chǎn)生。對于要求表面對磨性較高的大直徑軸，可采取鍛后正火處理，加工成形后，再對大直徑軸進(jìn)行表面中頻感應(yīng)淬火，這樣可大大提高軸的使用壽命。
4.細(xì)長軸的熱處理工藝改進(jìn)
某機械廠在處理一批φ20mm×300mm的45鋼細(xì)長軸，其技術(shù)要求軸表面硬度45~50HRC。為了減少細(xì)長軸的熱處理變形，我們采取了亞溫淬火，即軸的加熱溫度800℃，水冷→油冷雙液淬火，然后200℃保溫2h后空冷，軸的變形有所減小，硬度略有降低，熱處理硬度43～48HRC。但在使用過程中，雖然硬度偏低，仍出現(xiàn)早期斷裂。
原因分析：經(jīng)金相組織檢查，發(fā)現(xiàn)在回火馬氏體組織中有塊狀鐵素體，殘余鐵素體破壞了軸的破斷抗力，使軸在使用過程中出現(xiàn)了早期斷裂失效，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)的正常進(jìn)行。
后來我們在處理此類軸時，適當(dāng)提高了淬火加熱溫度（830℃），在水中冷卻，當(dāng)軸冷卻到150~200℃時進(jìn)行校直，這是因為45軸在200~150℃時，奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變較激烈，相變超塑性效應(yīng)明顯，校直較容易，校直后進(jìn)行200℃回火，軸類變形極少，硬度45~50HRC，基本符合技術(shù)要求，而且在使用過程中不再出現(xiàn)細(xì)長軸早期斷裂失效現(xiàn)象。
5.劣質(zhì)45鋼軸的熱處理
某機械廠在對一批45鋼軸進(jìn)行淬火熱處理時，成批裂紋產(chǎn)生，后來雖然采取各項措施：如降低淬火溫度，提高出水溫度，及時進(jìn)行回火，但仍有較多軸斷裂。后來我們對這批45鋼進(jìn)行化學(xué)成分分析和金相組織檢查，發(fā)現(xiàn)這批軸含碳量較高，wC=0.58%，wS= 0.3%，嚴(yán)重超標(biāo)；金相組織檢查發(fā)現(xiàn)鋼中含有較多非金屬夾雜物。硫含量過高和鋼中含有大量非金屬夾雜物是造成45鋼軸在熱處理過程中產(chǎn)生斷裂的主要原因。
對于這批軸，我們只能采取全部報廢的措施。后來我們建議該廠嚴(yán)格控制鋼材進(jìn)廠門檻，對每批進(jìn)廠鋼材進(jìn)行化學(xué)成分檢查和組織檢查，從源頭上保證產(chǎn)品質(zhì)量，防止廢品的產(chǎn)生。
6.結(jié)語
軸是工程機械中的重要零件，主要起著傳遞動力，并承受著不同大小和形式的載荷，如彎曲、扭轉(zhuǎn)、疲勞、沖擊等，因此，一般軸需要較高的力學(xué)性能，同時還要考慮選材的經(jīng)濟性。
45軸由于價格便宜，來源方便，加工性能好等特點是一般軸的首選鋼材。而且為了提高45軸的力學(xué)性能，還需對軸進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理。但是由于45鋼淬透性軸差，在水中淬火時，往往容易產(chǎn)生裂紋，因此我們首先要控制鋼材進(jìn)廠質(zhì)量，在熱處理時，根據(jù)不同情況，采取合理的正確的熱處理工藝，從而減少45鋼軸在熱處理過程中及使用中出現(xiàn)早期斷裂，從而提高軸的使用壽命，保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行。
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