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40Cr轴裂纹产生原因分析

凌晨

(南通市产品质量监督检验所，江苏南通226011)

摘 要：采用光电直读光谱仪、光学显微镜等对40Cr轴的化学成分和显微组织进行了分析。结果表明：40Cr轴调质组织正常，40Cr轴原材料存在较严重的白点缺陷是造成轴裂纹的原因。

关 键 词：40Cr；轴；白点

40Cr合金结构钢机械性能良好，在中国机械制造行业有较大的需求量被广泛应用于制作重要的调质机械零件如齿轮、轴、套筒连杆螺钉进气阀等。这些零件在使用过程中要承受各种载荷的综合作用，要求具有较高的屈服强度、抗拉强度和韧性，防止冲击或过载下的断裂和变形。同时还要求钢材在加工过程中具有良好的工艺性能^[1]。因此40Cr钢除成分满足要求，对P、S严格控制外对合金元素的含量也应限制在合理的范围内。对于钢材的宏观组织也有明确要求，如一般疏松、中心疏松、气孔等缺陷的级别尽可能低，同时不允许有白点、残余缩孔等缺陷。

某工厂在对一批40Cr轴进行调质热处理后发现轴表面存在数条裂纹。为查明该批轴产生裂纹的原因，笔者对其进行了检验和分析。

1  理化检验

1．1  化学成分分析

在有裂纹的轴上取样进行化学成分分析，采用光电直读光谱仪测定其化学成分，结果如表1所示。对照GB/T 699—1999《优质碳素结构钢》对40Cr钢成分的技术要求，该轴的化学成分符合标准要求。

1．2  宏观检验

现场工件上的裂纹既有穿过轴中心的横向裂纹也有纵向裂纹，有些纵向裂纹甚至纵向劈开，裂口近20mm，如图1。有的横向裂纹也已完全断开，观察横向断口，存在明显的放射状条纹，从放射状条纹可以判断横向裂纹是源于轴中间的纵向裂纹的横向扩展裂纹，此断口中的横向裂纹断口呈朽木状，如图2。

截取裂纹断口试样，裂纹断口呈浅氧化色，已无金属光泽，有少许锈迹，断口能观察到较清晰的放射状纹路。试样横端面用1：1盐酸水溶液热蚀后，可见短、小数条裂纹，呈白点裂纹特征。如图3。裂纹经体视显微镜下放大观察呈锯齿状。如图4。参照GB/T 1979—2001《结构钢低倍组织缺陷评级图》对白点进行评级，在1~2级之间。

1．3  金相检验

在裂纹处取样，经制样、砂纸磨抛光、机械抛光，再用4％硝酸酒精溶液浸蚀后，在光学显微镜200×下观察，呈如图5所示白点特征：分布在偏析区内，呈圆形或椭圆形银白色斑点，斑点区域内的晶粒一般要比基体晶粒粗^[2]。

在500×下观察，如图6，可见组织为网状铁素体和索氏体，未见马氏体及过热组织，部分裂纹周边有锈蚀，裂纹两侧无脱碳，组织无异常。

2  综合分析

由以上分析可知，该轴的化学成分符合标准要求，金相检验显示其调质组织正常，存在非热处理裂纹，即原材料缺陷。试样经宏观检查发现存在较严重白点。有白点缺陷的钢材或零件在热处理时往往容易形成淬火裂纹，有时开裂，因此，白点缺陷在钢中是不允许存在的^[2]。金相检查表明，裂纹源于轴的中心部位，与白点有密切关系，断口呈浅氧化色是淬火开裂后回火过程中产生的。

3  结论

40Cr轴调质后出现热处理裂纹是由于原材料存在较严重的白点引起，并非热处理不当造成。为防止白点的产生，炼钢时应尽量减少钢中的氢气，热加工时需进行扩氢处理。

参 考 文 献：

[1]   孟瑞瑛，张建设．转炉冶炼40Cr生产圆钢的实践[J]．河北冶金2001(1)：32．

[2]   鄢国强、王滨，等．金相检验．[M]北京：中国计量出版社，2008．