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链轮表面淬火裂纹分析与研究
时间：2023-03-26 10:57:44 下载该word文档
龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 链轮表面淬火裂纹分析与研究
作者：李升起
来源：《中国新通信》2013年第12期
【摘要】本文对链轮齿部感应淬火硬化进行探讨，结合生产实际分析了链轮感应淬火出现的问题，从工艺上解决了仿齿廓硬化实现的可能，并避免了由此所产生的淬火裂纹问题。【关键词】链轮感应淬火仿齿廓硬化剥离裂纹一、前言
目前国内中小链轮多采用中频或超音频感应淬火工艺，以提高齿部的耐磨性和疲劳强度，延长链轮的使用寿命。但是，在链轮齿部感应淬火后经常出现齿部裂纹，针对这一问题做了大量分析研究。
链轮材质45钢，技术要求：调质220～260HB，齿部表面硬化HRC。二、链轮裂纹分析
链轮齿部裂纹的形态呈现出多样性：有沿齿底部以下5mm处的周向裂纹，裂纹比较宽，裂纹长度少则1/3周长：有沿齿根穿透硬化层的淬火裂纹；有沿齿高3/4处的断裂裂纹；同时还有以上集中裂纹交错并存现象。给裂纹分析增加了一定的困难。2.1周向裂纹
周向裂纹是此次链轮开裂的主要特征，占裂纹链轮总数70%以上，只是各条裂纹有宽有窄（宽度
周向裂纹也称为“玻璃裂纹”。这种裂纹主要发生在中频淬火零件中（见图1）。
齿底部下5～6mm裂纹（x100倍）当表面淬火层深度>4mm时，淬火层表面由压应力状态开始向拉应力转变，随着淬火层深度的增加，拉应力逐渐增加，一旦拉应力大于零件的破断力，就会在淬火层与非淬火层交界处发生“剥离裂纹”。根据裂纹链轮的金相分析：链轮淬火层的深度约为5mm（图2）。
综上所述，链轮淬火层过深并且淬火层没有实现零件的仿形分布，以至于使淬火层表面处于过大拉应力状态，表面应力分布不均匀，是链轮裂纹的主要原因。2.2穿透淬火层的淬火裂纹
龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 在链轮齿根部也出现了少量的淬火裂纹。这种裂纹肉眼观测极不清楚，经过探伤才能发现。它主要发生在淬火层，其中个别裂纹与剥离裂纹贯通形成更严重的开裂现象，金相分析发现淬火层组织比较粗大，应该是淬火温度偏高所造成。2.3齿部的断裂裂纹
根据现场观察，这些链轮齿底部基本没有淬火层，齿部的淬火层仅有齿高3/4，而且全齿淬透，裂纹比较清晰。根据分析裂纹发生在淬火层与非淬火层交界处，属于剥离裂纹一类。2.4结论
根据链轮裂纹的解剖与分析，要解决链轮裂纹首先应该解决淬火层的深度和淬火层的仿形分布，同时也要控制好合理的淬火温度。只要把淬火层控制在≤2mm，力求使淬火层最大限度实现仿形齿部硬化，并且将零件淬火余温控制在100～1500C，就可以从根本上解决链轮裂纹问题。
补充说明：期间对某些裂纹链轮做过金相分析发现，硬化层金相组织为回火马氏体6级，说明淬火温度并不高，也会发生剥离裂纹，甚至还有一些链轮存在加热不足现象仍然出现了剥离裂纹。三、工艺分析
对链轮裂纹问题有了明确认识以后，针对先前的生产工艺进行详尽分析和研究，对工艺中所有能够引发的各类因素进行解析分类，结合中频设备加热的原理及特点，逐一研究提炼，并对下一步工艺试验方案进行周密探讨部署：（注：工艺试验主要在8KHZ中频加热设备上进行）
3.1原工艺存在的问题经过分析认为
之前采用的工艺过于依赖设备固有的频率，该频率对零件的电流透入深度达4mm，往往使淬火层深度超过4mm，使淬火层表面具有较大拉应力，导致裂纹。
原工艺加热功率偏大、电流密度较高、加热时间较长等，这些因素都会提高淬火层深度和淬火温度，增加零件淬火开裂倾向。
原工艺淬火冷却介质是水，对冷却时间没有严格规定，不利于减少淬火应力，容易造成淬火裂纹。
3.2工艺试验方案
龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 根据链轮裂纹和原工艺的分析与讨论，工艺试验方案的针对性、目的性非常明确，结合当前实际情况，充分利用已经报废的链轮进行调整、调试和改制，确定工艺试验方案采用节圆直径为Φ124.425mm，06B链轮作为工艺试验的典型零件。
以典型零件为设计依据，工艺试验有针对性地提出一系列改进措施：（1）加热功率有160KW减至90～100KW，减小加热的电流密度，加热时间控制在3～4S；（2）淬火介质改用5～10%AQ251淬火液；淬火冷却时间缩短至0.3～0.4S，零件淬火后的余温控制在100～150℃之间；（3）感应器与被加热零件的间隙6mm；（4）控制淬火层在1～2mm之间，最大可能地使淬火层沿齿形仿形分布，确保表面应力为压应力并较均匀分布。四、链轮工艺试验结果
在工艺试验过程中，随机收集部分试验分析和结果。4.1顶圆直径Φ124.425mm，06B链轮试验结果（见图3）
淬火层深度1.2mm，淬火硬度：齿侧HRC56、齿底部HRC59。淬火层组织：微细马氏体5级。探伤：一批7件均无裂纹。热处理工艺：功率90KW、加热时间3.5S，感应器与零件间隙6mm。280～300℃回火2h空冷。回火硬度：齿侧HRC47、齿底部HRC49（图纸要求：齿部表面硬化HRC45～50）。
4.2顶圆直径Φ149.5mm，08B链轮试验结果（见图4）
淬火层深度1.24mm，淬火硬度：齿侧HRC61齿底部HRC61。淬火组织：微细马氏体5级。探伤：一批6件均无裂纹。热处理工艺：功率129KW加热时间3.5S冷却时间0.2～0.3S，感应器与零件间隙5.5mm。280～