文/李長波，宗照東，高汝風(fēng)，秦巖，程立·吉林圓方機(jī)械集團(tuán)有限公司

半軸調(diào)質(zhì)工序常見問題及應(yīng)對措施

文/李長波，宗照東，高汝風(fēng)，秦巖，程立·吉林圓方機(jī)械集團(tuán)有限公司

李長波：技術(shù)部主任工程師，專業(yè)方向?yàn)榘胼S/軸管鍛造及機(jī)加工。主要工作業(yè)績: ⑴軸管鍛造由三次成形工藝改為兩次成形工藝；⑵軸管鍛造后利用余熱再加熱調(diào)質(zhì)處理。

半軸相關(guān)概念

半軸定義

半軸是在差速器與驅(qū)動輪之間傳遞動力的實(shí)心軸，其內(nèi)端與差速器半軸齒輪連接，而外端與驅(qū)動輪的輪轂（或制動鼓/制動盤等）相連。

半軸作用

從差速器傳遞來的扭矩經(jīng)過半軸、輪轂等，最終傳遞給車輪，是傳遞系統(tǒng)中傳遞扭矩的一個重要零件。

半軸分類

可分為半浮式、全浮式和3/4浮式三種。所謂“浮”是指卸除半軸的彎曲載荷，其中半浮式、全浮式兩種結(jié)構(gòu)形式應(yīng)用較為廣泛。

⑴全浮式半軸：用于差速器與驅(qū)動輪連接起來的非斷開式半軸，只承受轉(zhuǎn)矩，不承受任何反力和彎矩。全浮式半軸常用于牽引車。其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

⑵半浮式半軸：用于差速器與驅(qū)動輪連接起來的非斷開式軸，同時承受轉(zhuǎn)矩又承受反力及其形成的彎矩。半浮式半軸常用于微型車。其結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖1 全浮式半軸結(jié)構(gòu)圖

圖2 半浮式半軸結(jié)構(gòu)圖

全浮式半軸

全浮式半軸結(jié)構(gòu)形式

全浮式半軸的結(jié)構(gòu)形式如圖3所示。主要由法蘭盤、油封、中桿、花鍵組成。

半軸原材料

在保證產(chǎn)品設(shè)計性能要求條件下，推薦采用的半軸材料應(yīng)符合GB/T 699、GB/T 3077、GB/T 5216標(biāo)準(zhǔn)中要求的化學(xué)成分、機(jī)械性能等相關(guān)要求。推薦牌號為40Cr、40CrH、42CrMo、42CrMoH、40MnB、40MnBH、50CrV、50CrVA，也允許采用能滿足設(shè)計強(qiáng)度要求的其他材料。其中最常用的材料為42CrMo和40Cr。

半軸的熱處理工藝

半軸熱處理工藝，推薦采用預(yù)調(diào)質(zhì)處理后表面中頻淬火.預(yù)調(diào)質(zhì)處理后心部硬度推薦采用24～30HRC，推薦檢測點(diǎn)為半軸桿部位置，在滿足圖紙要求的實(shí)際中頻淬硬層加上3mm處檢測。在保證半軸性能指標(biāo)要求條件下，也允許采用其他熱處理工藝，如正火處理后表面中頻淬火工藝。其中半軸調(diào)質(zhì)處理后表面中頻淬火為常用工藝。半軸調(diào)質(zhì)金相組織按GB/T 13320規(guī)定的檢驗(yàn)部位及方法檢驗(yàn)。半軸中頻淬火硬化層深度按GB/T 5617中規(guī)定檢測方法執(zhí)行，即硬化層深度以極限硬度界定。

半軸調(diào)質(zhì)是指淬火+高溫回火，以獲得回火索氏體的熱處理工藝。方法就是先淬火，淬火溫度：亞共析碳鋼為Ac3+(30～50)℃；共析及過共析碳鋼為Ac1+(30～50)℃；一般合金鋼淬火加熱溫度為Ac1或Ac3+(30～50)℃。淬火后在500～680℃進(jìn)行回火即可。調(diào)質(zhì)的主要目的是得到強(qiáng)度、塑性都比較好的綜合機(jī)械性能。

此半軸調(diào)質(zhì)所用設(shè)備：推盤式電阻爐。淬火爐功率為430kW，回火爐功率為360kW。淬火參數(shù)：淬火溫度850℃，節(jié)拍13分鐘/盤，8根/盤；冷卻介質(zhì)：水，水溫50℃，入水方式：豎直入水。

圖3 全浮式半軸結(jié)構(gòu)形式

調(diào)質(zhì)過程中的質(zhì)量問題

從半軸調(diào)質(zhì)目的可以看出，調(diào)質(zhì)在半軸工藝中非常重要，為特殊工序。但這么重要的工序，也存在各種質(zhì)量問題。

例如：⑴調(diào)質(zhì)裂紋：⑵半軸組織不合格：⑶半軸硬度不合格（包括半軸圓周硬度不均勻）。

以直徑φ54mm、材質(zhì)42CrMoH半軸調(diào)質(zhì)對應(yīng)上述三種調(diào)質(zhì)不合格狀態(tài)分析原因。此型號半軸要求硬度為285～321HB,金相組織為索式體1～4級，檢測位置為距半軸表面10mm處，檢測位置在半軸中桿中部位置。組織及硬度檢驗(yàn)按GB/T 13320-2007《鋼質(zhì)模鍛件 金相組織評級圖及評定方法》。

調(diào)質(zhì)不合格項(xiàng)裂紋

半軸調(diào)質(zhì)有多種，常見裂紋有：

⑴盤R部裂紋；

⑵中桿裂紋；

⑶花鍵端頭裂紋。

花鍵端頭裂紋見圖4（以下以此裂紋為分析對象，裂紋發(fā)現(xiàn)工序?yàn)榈菇枪ば颍?/p>

圖4 花鍵端頭裂紋

對花鍵端頭的材質(zhì)進(jìn)行檢驗(yàn)。材質(zhì)成分檢驗(yàn)符合42CrMoH要求，參數(shù)指標(biāo)如表1所示。調(diào)質(zhì)熱處理檢驗(yàn)如表2所示。

裂紋產(chǎn)生部位為半軸花鍵端部，裂紋為環(huán)形裂紋，長度約占周長1/3，裂紋深約3.0 mm，對裂紋金相檢驗(yàn)可見該裂紋兩側(cè)無明顯的氧化脫碳且裂紋尾端尖細(xì)，判定為熱處理裂紋。即調(diào)質(zhì)序淬火時形成的裂紋。裂紋放大100×如圖5所示。

針對此裂紋分析原因可以采取如下措施。

措施1：現(xiàn)有淬火溫度為850℃，可通過降低淬火溫度降低產(chǎn)生裂紋的傾向。通過實(shí)驗(yàn)表明，淬火加熱溫度不低于830℃時，能滿足半軸組織及硬度要求。當(dāng)淬火加熱溫度低于830℃時，經(jīng)調(diào)質(zhì)后得到索氏體組織達(dá)不到國標(biāo)中規(guī)定的1～4級（Ac3～800℃定義：先共析鐵素體完全轉(zhuǎn)變奧氏體的終了溫度），所以淬火加熱溫度設(shè)定在830℃。

措施2：提高冷卻介質(zhì)的溫度（我公司淬火介質(zhì)為水）。水的冷卻曲線圖如圖6所示。

從合金鋼在水中的冷卻曲線可以看出，提高水溫，可降低鋼在水中的冷卻速度，根據(jù)我廠為循環(huán)水的實(shí)際情況，選取水溫58～62℃，可降低半軸淬火后的硬度，避免出現(xiàn)裂紋。

措施3：調(diào)質(zhì)淬火時加入淬火介質(zhì)，例如：PAG介質(zhì)。可根據(jù)工廠的時間情況，綜合考慮成本等情況決定是否選用介質(zhì)冷卻。

表1 材質(zhì)成分檢驗(yàn)指標(biāo)

表2 調(diào)質(zhì)熱處理檢驗(yàn)

圖5 裂紋放大100×圖示

圖6 水的冷卻曲線

調(diào)質(zhì)不合格項(xiàng)金相組織不合格

圖7為某型號半軸金相的回火索氏體5級圖示（檢測位置距半軸表面10mm處，工藝中規(guī)定回火索氏體1～4級）。

針對圖7批次半軸調(diào)質(zhì)組織不合格情況，采取下列措施。

⑴此批次半軸重新調(diào)質(zhì)。

⑵適當(dāng)提高淬火溫度和降低水溫，此項(xiàng)與出現(xiàn)裂紋的措施1與措施2相矛盾，所以需在不出現(xiàn)裂紋的情況下采取此措施。

⑶化驗(yàn)半軸原材料中各元素含量，看在什么范圍，常用提高淬透性的元素有Mo、Mn、Cr、Ni、B等。在各元素化學(xué)成分合格范圍內(nèi)，使各元素含量在上限，能顯著提高半軸的淬透性。

⑷測試淬火爐溫保溫性能，尤其是出爐的最后一區(qū)，防止有爐門關(guān)閉不嚴(yán)，實(shí)際加熱溫度達(dá)不到設(shè)定溫度的情況。

⑸選用速度快的電動葫蘆，縮短從淬火爐門升起到入水的時間，減少半軸溫度流失。

⑹半軸調(diào)質(zhì)淬火入水由手動改為自動，杜絕人為因素?？刹捎肞C機(jī)控制電動葫蘆動作，以實(shí)現(xiàn)自動控制。

調(diào)質(zhì)不合格項(xiàng)硬度不合格

調(diào)質(zhì)回火后硬度高于工藝要求硬度時，只需重新回火即可。

圖7 回火索氏體5級圖示

結(jié)束語

綜上所述，半軸調(diào)質(zhì)不合格時，采取何種措施，需要理論與實(shí)際經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合才能給出最合理的方案。