半轴调质工序常见问题及应对措施

半轴调质工序常见问题及应对措施作者：李长波、宗照东、高汝风、秦岩、程立半轴的定义：半轴是在差速器与驱动轮之间传递动力的实心轴，其内端与差速器半轴齿轮连接，而外端与驱动轮的轮毂（或制动鼓\制动盘等）相连。半轴的作用：从差速器传递来的扭矩经过半轴、轮毂等，最终传递给车轮，是传递系中传递扭矩的一个重要零件。半轴的分类：半浮式、全浮式和3/4浮式三种。所谓“浮”是指卸除半轴的弯曲载荷而言，其中半浮式、全浮式两种结构形式应用较为广泛。全浮式半轴：用于差速器与驱动轮连接起来的非断开式半轴，只承受转矩，不承受任何反力和弯矩。全浮式半轴常用于牵引车。半浮式半轴：用于差速器与驱动轮连接起来的非断开式轴，同时承受转矩、又承受反力及其形成的弯矩。半浮式半轴常用于微型车。全浮式半轴以下介绍以全浮式半轴为准：全浮式半轴结构形式：半轴的原材料：在保证产品设计性能要求条件下，推荐采用的半轴材料应符合GB/T699、GB/T3077、GB/T5216标准中要求的化学成分、机械性能等相关要求。推荐牌号为40Cr、40CrH、42CrMo、42CrMoH、40MnB、40MnBH、50CrV、50CrVA，也允许采用能满足设计强度要求的其它材料。其中最常用的材料为42CrMo和40Cr。半轴的热处理工艺:半浮式半轴法兰盘油封中杆花键半轴热处理工艺，推荐采用预调质处理后表面中频淬火.预调质处理后心部硬度推荐采用HRC24～HRC30，推荐检测点为半轴杆部位置，在满足图纸要求的实际中频淬硬层加上3mm处检测。在保证半轴性能指标要求条件下，也允许采用其它热处理工艺，如正火处理后表面中频淬火工艺。其中半轴调质处理后表面中频淬火为常用工艺。半轴调质金相组织按GB/T13320规定的检验部位及方法检验。半轴中频淬火硬化层深度按GB/T5617中规定检测方法执行，即硬化层深度以极限硬度界定。半轴调质指淬火+高温回火，以获得回火索氏体的热处理工艺。方法也就是先淬火，淬火温度：亚共析碳钢为Ac3+30~50℃；共析及过共析碳钢为Ac1+30~50℃；一般合金钢淬火加热温度为Ac1或Ac3+30~50℃。淬火后在500~680℃进行回火即可。调质的主要目的是得到强度、塑性都比较好的综合机械性能。从半轴调质目的可以看出，调质在半轴工艺中非常重要，为特殊工序。但这么重要的工序，也存在各种质量问题。例如：1.调质裂纹2.半轴组织不合格3.半轴硬度不合格（包括半轴圆周硬度不均匀）以φ54直径42CrMoH材质半轴调质对应上述三种调质不合格状态分析原因。此型号半轴要求硬度为HB285-321,金相组织为索式体1-4级，检测位置为距半轴表面10mm处，检测位置在半轴中杆中部位置。组织及硬度检验按GB/T13320-2007钢质模锻件_金相组织评级图及评定方法此半轴调质所用设备：推盘式电阻炉。淬火430KW，回火360KW。淬火参数：淬火温度850℃，节拍13分钟/盘，8根/盘，冷却介质：水，水温50℃，入水方式：竖直入水。调质不合格项裂纹：半轴调质有多种，常见裂纹有：1.盘R部裂纹2.中杆裂纹3.花键端头裂纹花键端头裂纹见下图：（以下以此裂纹为分析，裂纹发现工序为倒角工序）一、材质成份检验符合42CrMoH要求,具体如下：元素C%Si%Mn%S%P%Cr%Mo%标准要求0.38-0.450.17-0.370.50-0.80≤0.035≤0.0350.90-1.200.15-0.25检测结果0.410.210.640.0090.0291.040.20结论符合裂纹二、调质热处理检验：检测项目技术要求样件实测符合性金相图片500X金相组织回火索氏体1-4级2级符合调质硬度287-323HB293HB符合三、裂纹检验：1.裂纹产生部位为半轴花键端部，裂纹为环形裂纹，长度占周长约1/3，裂纹深约3.0mm，对裂纹金相检验可见该裂纹两侧无明显的氧化脱碳且裂纹尾端尖细，判定为热处理裂纹。即调质序淬火时形成的裂纹。裂纹图片如下：100X四、针对此裂纹分析原因及采取措施如下：措施1.现有淬火温度为850℃，可通过降低淬火温度降低产生裂纹的倾向，通过实验表明，淬火加热温度不低于830℃时，能满足半轴组织及硬度要求。当淬火加热温度低于830℃时，经调质后得到索氏体组织达不到国标中规定的1-4级，（AC3=800℃定义：先共析铁素体完全转变奥氏体的终了温度）。所以淬火加热温度设定在830℃。措施2.提高冷却介质的温度，我公司淬火介质为水。水的冷却曲线图见下图：a为静止水b为循环水从合金钢在水中的冷却曲线可以看出，提高水温，可降低钢在水中的冷却速度，根据我厂为循环水的实际情况，选取水温58℃-62℃，可降低半轴淬火后的硬度，避免出现裂纹。措施3.调质淬火时加入淬火介质，例如：PAG介质。可根据工厂的时间情况，综合考虑成本等情况选择是否选用介质冷却。调质不合格项金相组织不合格：下图为某型号半轴金相为回火索氏体5级图片（检测位置距半轴表面10mm处，工艺中规定回火索氏体1-4级）。500X回火索氏体5级针对此批次半轴调质组织不合格情况，采取下列措施。1.此批次半轴重新调质2.适当提高淬火温度和降低水温，此项与出现裂纹的措施1与措施2相矛盾，所以需在不出现裂纹的情况下采取此措施。3.化验半轴原材料中各元素含量，看在什么范围，常用提高淬透性的元素有Mo、Mn、Cr、Ni、B等。在各元素化学成分合格范围内，使各元素含量在上限，能显著提高半轴的淬透性。4.测试淬火炉温保温性能，尤其是出炉的最后一区，防止有炉门关闭不严，实际加热温度达不到设定温度的情况。5.选用速度快的电动葫芦，缩短从淬火炉门升起到入水的时间，减少半轴温度流失。6.半轴调质淬火入水由手动改为自动，杜绝人为因素。可采用PC机控制电动葫芦动作，以实现自动控制。调质不合格项硬度不合格：1.调质回火后硬度高于工艺要求硬度时，只需重新回火即可。2.调质回火后硬度低于工艺要求硬度时，需重新调质。综上所述，半轴调质不合格时，采取何种措施，需要理论与实际经验相结合才能给出最合理的方案。