关于齿链轮毂淬火裂纹分析与预防

关于齿链轮毂淬火裂纹分析与预防关于齿链轮毂淬火裂纹分析与预防 齿链轮毂是各种工程机械后桥箱内的广泛应用的最终传动 部件 齿链轮毂在工作时不仅要承受较大的传递转矩和力 并 且其工作环境一般都比较恶劣 因此这就需要齿链轮毂具有非 常良好的性能 齿链轮毂的淬火热处理是保证其质量的关键所 在 齿链轮毂广泛应用于各种农用 工程机械的后桥箱内 位 于动力传递的最终传动部位 常规传动为发动机传出动力经过 液力变矩器传到制动总成 然后经过一级 二级齿轮减速传递 到齿轮毂上 齿轮毂通过花键与链轮毂配合 将动力传递给链 轮毂 最终链轮毂将动力传递到链轮上带动履带板行走 像推 土机一样的工程机械其作业环境较为复杂 行走于山石 沙漠 沼泽等恶劣环境中 在作业过程中齿链轮毂要传递较大的转矩 动力 不仅齿链轮毂整体需要较高的综合力学性能 同时花键 部要具有较高的耐磨性能 因此齿链轮毂的热处理质量直接影 响到终传动核心产品的质量 1 齿链轮毂淬火裂纹 1 1 齿链轮毂裂纹 通过研究发现齿链轮毂裂纹的产生主要与产品的设计结构 材料的合金成分 热处理工艺温度 淬火方式及淬火冷却介质 类型等方面有着直接的关系 选用 2h 钢 热处理工艺为 840 保温 2h 水淬 采用高温回火后发现批量性裂纹 该裂纹型态为 沿连接盘纵向劈裂式开裂 且裂纹延伸较长 齿链轮毂各种调 质裂纹 1 2 齿链轮毂裂纹分析 齿链轮毂产生裂纹的原因包括材料成分 工件产品设计结 构 加热炉内温度不均匀 淬火冷却介质选择不当 合金元素 超标的影响 铸造缺陷等 材料成分及合金元素的含量是造成淬火裂纹的重要因素之 一 含碳量 质量分数 在 0 45 0 55 之间 ac3 线会出现 一个陡降的低谷 2h 钢碳含量 质量分数 在 0 40 0 47 之 间 若含碳量在下限 0 40 0 45 之间 宜采用工艺上限温度 淬火 若含碳量在上限处于 ac3 线的陡降低谷区间 若采用加 热上限易造成淬火裂纹 该种情况宜采用工艺下限温度淬火 当然采用日本 2h 钢含碳量处在 ac3 低谷区间的情况相对较少 但在生产上是造成淬火裂纹的原因之一 不容忽视 目前调质淬火加热炉多数采用箱式电阻炉和台车炉 由于 密封性相对较差 在加热过程中炉门口温度相对炉膛内部有一 定的差别 超过 15 以上就会对炉内工件有影响 由于靠近炉 门口的工件温度相对其他工件温度较低 在出炉淬火过程中造 成应力不均 极易造成淬火裂纹 不同材质的 di 值不同 淬火过程中温度和淬火冷却介质的 合理选择至关重要 即使同种材料 其合金成分不同 加热温 度和淬火冷却介质也应慎重选择 根据服役条件要求轮毂采用 2h 钢材的 di 值在 50 70m m 温度采用工艺下限 采用水淬 如果温度过高可造成晶粒粗大 淬火应力较大 造成淬火裂纹 合金元素的超标问题也是引起齿链轮毂裂纹的一大主因 近年来 由于 b 超标引起的批量裂纹时有发生 属于微量元素 的 b 就可成倍地增加钢的淬透性 同时 b 还有促使晶粒长大的 倾向 b 超标的原料主要来源于像链轨节之类含 b 量较高的下 脚料 某链轮毂采用 820 保温 105m i n 水淬搅拌 高温回 火 由于材料中含超量的 b 元素 经化验 b 含量在超过要求上 限 导致裂纹 后经调整工艺采用 870 保温 2h 搅拌油冷 压力为 0 22m p a2 高温回火后 同样出现裂纹 经检测 在 距表面 22m m 心部 为马氏体 少量铁素体组织 硬度 58 5hrc 显然心部已淬透 齿链轮毂在进行调质淬火前的原始组织对淬火裂纹有很大 的影响 调质淬火前如果没有正确的预备热处理工序或遗漏 很易造成淬火裂纹 工程结构钢在铸造冷却后往往有晶粒粗大 偏析 成分不均匀等不利因素的存在 如果未进行预备热处理 淬火后将得到晶粒粗大的马氏体 造成脆性增加 成分的不均 匀性将导致淬火应力的不均匀 大大增加了淬火裂纹的倾向 铸造过程中由于型砂原因或操作不当容易造成砂眼 由于排气 不畅 水分过多等因素容易造成气孔的形成 另外 还有疏松 偏析 裂痕等缺陷都是引发淬火裂纹产生的直接根源 2 齿链轮毂淬火裂纹的预防 采用亚温淬火 例如对于由 2h 材质铸造的齿链轮毂 在调 质淬火时采用亚温淬火工艺 采取工艺下限温度保温时间应据 齿链轮毂的型号尺寸确定 淬火水温控制在 25 40 进行淬火 回火时应避免二次硬化现象 该温度恰好处于 ac3 附近 可保 留部分未溶铁素体 同时亚温淬火可细化奥氏体晶粒 冷却后 得到马氏体晶粒度也较细小 从而减少内应力 可有效防止裂 纹的产生 淬火时采用预冷淬火 或采取保护措施对结构设计复杂 存在凹槽 工艺孔 壁厚设计在危险尺寸范围内的齿链轮毂 出炉淬火时采用预冷淬火 可防止淬火裂纹的发生 预冷时靠 肉眼观测到复杂结构处或工件表面处于暗红状态 此时温度约 在 ac3 线 时可浸水淬火 必要时可减少搅拌水泵 降低淬火 的冷却能力 另外 在凹槽 工艺孔处采用耐火泥 胶泥等封 堵 也可减少淬火裂纹的产生 设计时避免复杂结构危险尺寸的设计 避免在 2h 钢的最大 淬火临界直径 d0 之间设计工件 对于一些工艺油孔可在铸造后 再机加工出来 应力集中的部位应增大圆角 5 调质前确保 工件已进行预备热处理 铸件预备热处理尤为重要 浇注后材料 的组织往往存在晶粒粗大 偏析等成分不均现象 淬火过程中 极易造成裂纹 本文主要针对材质为 2h 钢的链轮毂的淬火裂纹 产生原因 预防三方面展开了论述 对于齿链轮毂裂纹在设计时应合理的 设计其结构 尽量避免复杂结构的出现