45#钢支座裂纹分析

　　45#钢圆环套筒类支座零件，在调质热处理过程中发生批量裂纹，该批零件平均分4炉次调质，每炉都有裂纹，裂纹总数占93%。调质热处理采用45kW箱式电炉加热，每炉装炉量约40件，调质工艺是700℃装炉，随炉升温至840℃保温1h水冷，单件淬火，水冷6~8s放入油中冷却，600℃回火2h。经磁粉检测发现大批零件内孔有裂纹，造成报废，作者分析该零件发生开裂的原因，提出了防止零件开裂的技术措施。

　　1 实 验

　　零件的宏观形态，见图1。基本的加工工艺流程为备料—自由锻—正火—粗加工—调质热处理—精加工。

　　1.1 化学成分分析

　　在裂纹附近取样，进行材质分析，所含元素的质量分数为0.470%C，0.021%S，0.287%Si，0.688%Mn，0.027%P，0.056%Cr，0.0096%Ni，0.019%Cu。符合GB/T699—1999中45#钢材质要求。

　　1.2 裂纹的宏观及微观特征

　　裂纹分布在零件中心孔内表面，多条细长裂纹大致平行于轴向，有明显的取向，属于纵向裂纹的范畴，见图2。

　　由于该零件经过锻造、正火、调质处理，按照裂纹形态及产生原因，其可能的裂纹类别为材料中的原始裂纹、淬火裂纹或锻造裂纹。材料中的原始裂纹由于经过锻造以及热处理过程，原始裂纹部分会有明显的氧化脱碳现象，在锻造或热处理过程中裂纹会扩展，扩展区域氧化脱碳现象逐渐减弱;典型的淬火裂纹则曲线棱角明显，有时甚至呈网状分布，且深度在淬硬层范围内[1];处于零件表面的锻造裂纹，在淬火后裂纹两侧会有氧化脱碳现象。该零件表面上的裂纹在光学显微镜下观察，裂纹分布于中心孔内表面，末端尖锐，两侧无脱碳，内部有氧化，因此具备热处理淬火时形成典型的淬火裂纹特征，不属于材料中原始裂纹或锻造裂纹。零件表面裂纹起始于晶界，主要呈沿晶方式扩展，与有些淬火裂纹呈穿晶扩展[2]的特征不同，表明该材料微观结构中晶界弱化或存在缺陷，即晶界处有利于裂纹的形成和扩展，如图3所示。

　　1.3 显微组织及晶粒度

　　为找出晶界弱化或晶界处存在缺陷的原因，对裂纹附近的显微组织和晶粒度进行检测分析。结果表明，零件的整个壁厚由内而外显微组织无明显差异，均为回火索氏体，属正常调质工艺组织，见图4。表面至心部组织相同，说明热处理淬火时工件已经完全淬透。光学显微镜下观察还发现，基体中的非金属夹杂物周围显微组织异常，见图5。而且还存在较严重的混晶现象，部分晶粒粗大，见图6。依据GB/T 6394—2002《金属平均晶粒度测定方法》中的比较法评定，晶粒度级别为8~5级。图7为夹杂物沿晶界分布及周围组织图。可见，晶粒尺寸存在严重差别，有非金属夹杂物沿晶界分布，且夹杂物被细小晶粒包围、晶粒大小异常。另外还可看到，晶界局部熔化而产生的空洞(图7)或熔化再次凝固后沿晶界分布，即复熔特征，见图8。因此夹杂物沿晶界分布是其晶界弱化的主要原因之一，晶粒度差异较大会导致晶界在热处理过程产生较大的应力。