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某廠在精車齒輪軸的光軸部位時(shí)表面出現(xiàn)軸向裂紋缺陷，裂紋沿軸向分布，數(shù)量不一，細(xì)而直，長(zhǎng)度從1～6mm不等。出現(xiàn)裂紋后，在加工面上繼續(xù)車1mm后，又出現(xiàn)新的裂紋，裂紋具體形貌見(jiàn)圖1。

圖1  裂紋缺陷宏觀形貌

1.分析

（1）化學(xué)成分分析

在軸上取樣，進(jìn)行鋼材化學(xué)成分分析，結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可見(jiàn)，各元素含量正常，均符合技術(shù)要求。

表1  化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）     （%）

（2）金相分析

在垂直裂紋方向進(jìn)行剖切，裂紋截面形貌見(jiàn)圖2。裂紋垂直深度約0.03mm，寬度約0.05mm；裂紋未向內(nèi)延伸；腐蝕后觀察，裂紋周圍組織為正常正火組織。 

圖2  裂紋部位截面金相分析

在軸上取金相樣觀察，在縱截面上發(fā)現(xiàn)數(shù)條長(zhǎng)度0.5～1.3mm的夾雜物條帶，寬度在0.01～0.02mm之間，見(jiàn)圖3a）；在橫截面上觀察到大量點(diǎn)狀、短片狀缺陷，見(jiàn)圖3b）。

（a）縱截面

（b）橫截面

圖3  軸上試樣顯微觀察

（3）掃描電鏡  在掃描電鏡下對(duì)缺陷部位進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果顯示缺陷區(qū)域化學(xué)成分主要為O、Al、Ca、Na以及少量的S和K。

2.結(jié)果討論

從缺陷宏觀形貌分析，由于裂紋無(wú)金屬光澤，且將缺陷部位繼續(xù)車1mm后又出現(xiàn)新的裂紋，因此，裂紋缺陷不僅在零件表面、且在零件內(nèi)部已經(jīng)形成，進(jìn)而斷定缺陷不屬于機(jī)加工裂紋，該推斷經(jīng)過(guò)磁粉探傷得以驗(yàn)證，見(jiàn)圖5。對(duì)肉眼可見(jiàn)的缺陷用記號(hào)筆標(biāo)出，在磁粉探傷前，零件上共可見(jiàn)7處缺陷，經(jīng)過(guò)磁粉探傷，可以看出零件表面聚集了大量缺陷。

 （a）磁粉探傷前肉眼觀察

（b）磁粉探傷結(jié)果

圖5  零件磁粉探傷前后對(duì)比

從金相檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，由于缺陷周圍為正常的正火組織，未出現(xiàn)脫碳現(xiàn)象，說(shuō)明在鍛造時(shí)裂紋并未從毛坯件內(nèi)部裂至表面，缺陷是密閉的閉合狀態(tài)。

從掃描電鏡結(jié)果來(lái)看，產(chǎn)生裂紋的根本原因是鋼材出現(xiàn)鋼質(zhì)缺陷，主要為氧化物夾雜物。尤其是夾雜物中含有保護(hù)渣的成分Na、K元素，說(shuō)明是保護(hù)渣卷渣造成的夾雜。根據(jù)文獻(xiàn)描述，該缺陷的準(zhǔn)確定義應(yīng)為發(fā)紋缺陷，該缺陷以埋藏在鋼材表層10mm以內(nèi)位置居多。

3.結(jié)論與改進(jìn)措施

零件表面裂紋實(shí)際是鋼材發(fā)紋缺陷，其根本原因是由于鋼水保護(hù)渣卷入造成的非金屬氧化物夾雜引起的。

為進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)入廠鋼材非金屬夾雜物的控制，采取了以下措施：一是進(jìn)行頭尾爐管理。對(duì)每個(gè)澆次的頭爐和尾爐，要求在頭坯和尾坯上取樣，進(jìn)行夾雜物檢驗(yàn)分析；二是對(duì)鋼材進(jìn)行塔形檢驗(yàn)。通過(guò)以上措施，取得良好效果，在生產(chǎn)中，再未出現(xiàn)批量性發(fā)紋缺陷。

作者：范王展

單位：陜西法士特汽車傳動(dòng)工程研究院