十字头销高频感应退火淬火疲劳淬断分析及工艺改进

检验中经磁力探伤发现，零件表面存在垂直轴向的螺旋状磁粉痕迹；十字头销热酸腐蚀后，其面沿螺旋状软带产生裂纹。硬度试验显示，零件表面螺旋状黑条上硬度为54-56HRC，白条硬度为60-62.8HRC，芯部硬度为27.5HRC。金相分析表明，表面组织为粗针状马氏体，芯部是索氏体和少量铁素体，淬硬层深为2.3mm左右。纵向分析观察发现，螺旋状条纹白区为马氏体组织，黑区是马氏体+托氏体组织，螺旋状软带宽度约0.7-0.9mm。端口分析明显看出裂纹萌生区与发展区和快速断裂区，可以观察到典型的疲劳核心及疲劳源周围成弧状发展的疲劳裂纹扩展线。断面中，疲劳面积占83%.脆断面积占17%，可以看出，十字头销失效为低应力疲劳脆性断裂。分析认为，断裂原因是由于高频感应加热淬火加热温度过高，形成粗大马氏体组织；同时因淬火操作不当，形成螺旋状软带组织。在交变应力作用下，使零件出现低应力疲劳脆断早期失效。

为预防十字头销脆断现象，提出高频感应退火淬火工艺改进措施如下。

1）合理选择高频感应退火淬火各工艺参数，防止过热现象发生。过热将导致淬火生成粗针马氏体组织，使工件的断裂抗力急剧降低；粗针马氏体是脆性组织，使十字头销脆性增加；同时，粗大马氏体组织存在高内应力，从而导致零件早期疲劳脆断发生。

2）十字头销采用高频感应退火设备热处理时，应使工件旋转速度和上下移动速度成合适比例，工件表面才能避免产生螺旋状托氏体软带；同事应适当增加感应圈的高度。

3）高频感应退火又夹角效应，由于夹角处磁力线密集使夹角产生过热，甚至融化。因此，设计感应圈时，应考虑干一个圈与工件夹角处间隙大小要适应；同时工件空洞处应倒角，加热前堵孔，以防局部过热现象发生。

机床活塞超音频感应加热淬火裂纹分析及对策

超音频加热工作频率为30-40KHZ，加热透入深度约为2.5-2.89mm，介于高频和中频加热之间。活塞材料为45钢，工件要求对直径45mm柱面淬火。生产热处理过程中，常见尖角处崩裂失效，回火后发现在直径30mm台阶根处开裂，造成工件报废。

分析认为，零件尖角处加热温度高，易出现过热，而且尖角处热应力和组织应力大，开裂危险性大；另一方面，工件的比功率越大，加热速度越快，工件加热时间越短。

工件加热时，上下温差大，上部尖角处温度高，工件水淬前预冷使活塞下部温度较低，因而淬火硬度不足，造成工件硬度不均匀；如预冷时间短，工件上半部易开裂；另一方面，工件加热高度约为感应器多的3倍，加热工件只淬火温度则要加长加热时间，导致工件淬裂。断口分析表明，活塞裂纹呈横向弧状，断口形貌为i灰白色，明显粒状结构，有金属光泽。裂纹多发生于尖角和直径30mm孔根部。这事工件过热。裂纹多发生在该处淬火中组织应力和热应力叠加产生应力集中，从而是工件开裂。防止工件过热和加热时间过长，在设备功率等因素不变的条件下，可采取减少感应器高度，以相对提高加热工件的比功率；采用连续加热和喷水冷却方式。一方面加热速度提高，一方面冷却条件改善，从而避免了工件加热时间过长和局部过热弊端，取得明显效果。