某廠有一批特大型四列圓柱滾子軸承中擋圈磨加工后，在探傷工序發(fā)現批量性裂紋，該中擋圈材料為GCr15SiMn鋼，尺寸大小為：700mm×90mm，其加工工藝過程為：?300mm棒料入廠超聲波探傷→鋸切→鍛造成型→球化退火→車削加工→熱處理→磨削加工→熒光探傷→裝配。產品追溯過程中發(fā)現在熱處理工序及磨削加工工序檢查時均發(fā)現端面有裂紋。筆者通過對該中擋圈進行檢驗與分析，討論了裂紋產生的原因及改進措施，為進一步避免類似缺陷的再發(fā)生提供參考和依據。
1.理化檢驗
（1）宏觀檢驗
中擋圈在熒光探傷工序發(fā)現裂紋，觀察裂紋位于中擋圈端面，呈線狀并多沿圓周方向分布，裂紋長短不一，最長約20cm，其宏觀形貌如圖1所示；且在端面發(fā)現有明顯的車刀花，制成金相試樣，檢測其深度約0.05mm，如圖2所示。
（2）化學成分分析
在中擋圈裂紋處進行取樣，大小為15mm×15mm×15mm。采用直讀光譜儀檢驗化學成分，其結果見表1。該材料的化學成分除Ti元素超出標準外，其余元素均符合GB/T 182454—2002標準要求。
表1 中擋圈的主要化學成分 （%）
項目 | C | Mn | Si | Cr | Mo | P | S | Ni | Cu | Ti |
實測值 | 0.94 | 1.11 | 0.45 | 1.43 | 0.08 | 0.017 | 0.001 | 0.14 | 0.10 | 0.015 |
標準值 | 0.95～1.05 | 0.95～1.03 | 0.45～0.75 | 1.40～1.65 | ≤0.10 | ≤0.025 | ≤0.025 | ≤0.230 | ≤0.25 | ≤0.005 |
（3）非金屬夾雜物檢驗
在裂紋部位制取金相試樣后，在光學顯微鏡下觀察，其非金屬夾雜物級別依據材料標準GB/T 18254—2002評定，結果如表2所示。
表2 中擋圈非金屬夾雜物評定
項目 | A | B | C | D | Ds | |||||
粗細 | 細系 | 粗細 | 細系 | 粗細 | 細系 | 粗細 | 細系 | 粗細 | 細系 | |
中擋圈 | 0 | 0.5 | 0 | 0.5 | 0 | 0.5 | 0 | 0.5 | 0 | 1.5 |
標準值 | ≤2.5 | ≤1.5 | ≤2.0 | ≤1.0 | ≤0.5 | ≤0.5 | ≤1.0 | ≤1.0 | ≤1.0 | ≤1.0 |
（4）金相檢驗
制取金相試樣后在光學顯微鏡下觀察，可見裂紋呈撕裂狀，大致垂直于擋圈表面，尾部尖細，其內未發(fā)現氧化皮，裂紋內部及其附近局部有非金屬夾雜物，裂紋深淺不一，深度最深約11mm，其局部形貌如圖3所示。
采用4%（體積分數）硝酸酒精溶液侵蝕試樣后在顯微鏡下觀察，裂紋兩側未發(fā)現脫貧碳及燒傷現象。觀察金相組織發(fā)現裂紋附近有明顯大塊狀液析碳化物，依據JB/T18254—2002標準第九級別圖評定，液析級別為2.5級（標準規(guī)定≤2.5級），其形貌如圖4中箭頭所示。而金相組織為馬氏體組織，級別為2級，不存在過熱現象，產品硬度檢驗為58～59HRC，符合技術要求。
（5）斷口觀察
沿裂紋方向砸制斷口，其斷口形貌如圖5所示，低倍觀察，斷口表現為脆性斷口，裂紋由刀花底部向心部擴展，并在后續(xù)擴展中大致與車刀花方向一致。
2.分析討論
由于車刀花過深，會引起套圈熱處理過程中應力分布不均，在淬火冷卻過程中，極易沿車刀花應力集中部位開裂。
由上面的內部質量檢測可知，雖然中擋圈材料的化學成分滿足相關標準要求，但其非金屬夾雜物D細系超過標準要求，且裂紋周圍存在著非金屬夾雜物DS的顆粒偏大；由于該類夾雜物屬于脆性夾雜物，與基體的膨脹系數相差較大，容易造成應力集中，若該類夾雜物處于中擋圈次表層，熱處理過程中可能成為裂紋萌生源[1-4]。而金相檢驗組織也接近工件的次表面。由于碳化物液析的存在與脆性夾雜物對基體的影響相似，在很大程度上隔離了基體的連續(xù)性，造成應力集中，極易成為裂紋萌生源[5-6]。因此，該批量裂紋的產生主要原因與原材料的超標有很大關系。
由于原材料非金屬夾雜物D類超標，且裂紋區(qū)域存在偏大的顆粒非金屬夾雜物D類，加上裂紋附近有大塊狀液析，破壞了基體的連續(xù)性，以上因素的共同作用，致使套圈在熱處理淬火冷卻過程中，于材料缺陷區(qū)域產生較大的淬火應力超過材料的強度而導致開裂。
3.結論及建議
該中擋圈端面圓周方向的淬火裂紋，是由于套圈車刀花過深及原材料缺陷，破壞了基體的連續(xù)性，使得熱處理過程中在刀花底部產生應力集中，從而產生此類裂紋。
建議在原材料進廠檢驗時，應嚴格按照標準加強進廠檢驗；車加工過程嚴格按照工藝規(guī)程操作，控制車工件的表面質量，降低套圈表面應力集中，避免此類非熱處理原因導致的淬火裂紋發(fā)生。
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