起重机十字销高频淬火设备淬火工艺分析以及改进措施

十字销是铁路百吨起重机上的重要零件，其材料为20CrMnMo钢。十字销热处理采用高频淬火设备淬火处理。要求淬火深度为1. 6～1.9mm，柱面和端面硬度为61-65HRC。生产中发现，淬火后十字销过渡区出现纵向裂纹，导致工件失效报废。

检验发现，十字销在高频淬火设备淬火空冷后出现裂纹，裂纹部位在柱面过渡处，其径向深度约1.0-1. 2mm，轴向发展至圆台处，长约10 -30mm，平直走向，根部和端部呈钝态形貌，其特征为纵向分布的表层裂纹。金相观察发现，淬火层表层与次表层组织与硬度差异大。表层为黑色组织，厚约0.08 -0.12mm，硬度较低，外侧主要是托氏体组织，内侧为贝氏体+少量托氏体；其贝氏体呈锯齿状沿晶界延伸分布至次表层，具有缺口效应特征。次表层组织为粗大片状马氏体组织+少量残留奥氏体，深度约1.2-1.4mm，这说明淬火层碳含量偏低。检验加热表层残留应力表明，表层黑色组织受拉应力作用，次表层外侧与内侧残留奥氏体差异使该部位呈拉应力状态。检验发现，表层0.02 -0.04mm区域存在严重晶界氧化和晶粒氧化缺陷，黑色组织的产生一方面受氧化作用，一方面受脱碳作用影响。工件在高频淬火设备淬火后期和降温阶段渗剂不足是表层出现氧化脱碳和黑色组织产生的主要原因。

分析认为，工件高频淬火设备淬火后期因渗剂滴量不足产生氧化脱碳，并使加热层形成硬度低的黑色组织，其表层呈拉应力状态。当拉应力大于黑色组织断裂强度时，表层产生裂纹。十字轴柱面过渡区部位处于应力集中处，其残留拉应力值最高，故该处最先萌生裂纹。另一方面，次表层外侧亦呈拉应力状态，裂纹一旦萌生易于迅速延伸扩展，故裂纹呈纵向分布，走向平直，深度不大，约Imm左右；而轴向长度可长至数十毫米，这与裂纹形成时的应力状态和应力分布是相符合的。最后，在应力集中的柱面过渡区产生表层开裂失效。根据以上分析，提出改进措施如下：(1)改进高频淬火设备淬火工艺，增加淬火后期，尤其是降温阶段的渗剂滴量，以避免出现氧化脱碳和消除黑色组织。(2)降低出炉冷却速度，以抑制马氏体相变，防止开裂现象发生。