凸轮轴中频感应退火淬火裂纹分析及工艺改进

凸轮轴是汽车发动机机构的重要零件，其主要作用是使气阀俺一定时间开启或关闭，工作过程中，凸轮轴出承受弯曲和扭转载荷外，主要承受交变挤压应力以及挺杆的磨察作用。该凸轮轴材料为45号钢，采用圆形感应器中频感应退火淬火表面强化。生产中发现，凸轮淬火发现桃尖出淬裂，切向方向的淬火硬度层达不到要求，工件废品率达到28%。

检验断口发现，宏观断口呈灰亮色金属光泽。粒状结构，其裂纹沿桃尖圆弧处崩落，这表明裂纹起源于淬硬层内部。

分析认为，凸轮桃尖部位产生淬火裂纹与以下因为有关：

（1）凸轮桃尖位置截面尺寸变化较大，淬火加热时该处易引起应力集中。

（2）原材料缺陷。经检验发现，工件材料中38.5%碳含量超标，随碳含量臧佳，工件淬裂倾向加大。

（3）工件冷加工应力使工件存在残留应力，工件感应加热淬火时和热应力组织应力叠加，造成凸轮轴脆裂，冷加工残留应力增大了淬裂危险。

（4）感应器设计形状尺寸的影响。原设计圆形感应器为直径58x12mm。效果不佳。中频加热时，桃尖部位温度偏高，各部位温差大。喷水冷却后，发现淬应层组织出现大量含碳不均的马氏体组织，其中低碳马氏体呈黑色，包色区域为含碳较高的马氏体组织。不同组织造成中频感应加热淬火后由组织应力，热应力机工件冷加工残留应力叠加形成的工件桃尖处拉应力峰值并位于淬硬层内侧，造成工件淬裂。

根据以上分析，提出工艺改进措施及对策如下：

（1）严格控制工件材料成分和力学性能，碳的质量分数应控制在0.43%-0.48%之间

（2）优化预备热处理。工件坯件正火后晶粒度应为6-8级。

（3）采用8字形感应器。试验表明，采用圆形和弧形感应器，出现桃尖部位裂纹较多，不能满足技术要求，采用8字形感应器后，桃尖处与其他部位温差小，感应器有效圈制成大倒角装，倒角部位设有喷水孔，冷却均匀，淬火组织优良，达到技术要求，器淬火硬化层均匀。

凸轮轴中频感应退火淬火采用上述改进措施后，工件淬火组织良好，工件性能优良，基本消除了桃尖处淬火裂纹，工件成品率达97%-98%，生产运行良好。