苏少雄

（泉州市华茂机械设备有限公司，福建 泉州 362302）

支重轮是履带行走装置的配件之一，主要作用是承受整机重量，使履带沿着支重轮方向前进。工程机械工况较为恶劣，因此，要求支重轮体有较高的强度和表面硬度，使配件能有较长的工作寿命。我公司的一款支重轮体生产流程：支重轮体半胚锻造→粗车→调质→轨面感应淬火→焊接→精车。支重轮体毛胚结构如图1所示，黑色线条为锻造毛胚轮廓，粉色线条为粗车后结构。在调质过程中，本公司的一批产品只在油封处产生裂纹，数量达到60%。另一批产品在只端面产生裂纹，数量达到5%。

图1 支重轮体结构

1 油封处裂纹分析

1.1 油封处裂纹形貌

油封处裂纹金相如图2所示，可以看到裂纹两侧有脱碳现象，裂纹附近有轻微的带状组织。带状组织是金属材料受到压延产生的，本来应位于材料表面，所以判断裂纹可能是锻造折叠产生。

图2 裂纹头部100x

1.2 锻造毛胚状态

锻造折叠裂纹缺陷是指在锻造过程中金属流动不合理导致锻件表面形成重叠层，也称折纹或夹层，是锻造加工过程中最常见的缺陷。其可以是由两股（或多股）金属对流汇合而形成，也可以是由一股金属的急速大量流动将邻近部分的表层金属带着流动，两者汇合而形成的；也可以是由于变形金属发生弯曲、回流而形成；还可以是部分金属局部变形，被压入另一部分金属内而形成。折叠与原材料和坯料的形状、模具的设计、成形工序的安排、润滑情况及锻造的实际操作等有关。如图3所示裂纹处有带状组织，钢材中存在沿轧制方向被拉长呈带状分布的非金属夹杂物，在冷却时将成为铁素体优先析出的核心，所以形成了珠光体和铁素体交替出现的带状组织。

图3 锻造折叠处组织100x

1.3 锻造工艺改进

严重的带状组织，将造成力学性能的方向性，使垂直于带状组织方向的强度、塑性及韧性明显下降，同时，使热处理后硬度的不均匀性增加。所以改变裂纹处的带状组织走向或消除带状组织是解决油封处裂纹的关键。通过加大锻造模具中油封处的拔模斜度使拔模更加顺畅避免产生锻造折叠。改进后的模具毛胚如图4所示。通过更改模具后生产的支重轮体油封处不再产生锻造折叠，调质过程中也不在产生裂纹。

图4 修改后的毛胚

2 端面裂纹分析

2.1 端面裂纹形貌

支重轮体端面产生裂纹，裂纹在100倍金相下如图5所示，裂纹两侧无明显特征，为正常索氏体组织。

图5 裂纹形貌100x

初步认为，裂纹是在调质的淬火过程中产生，用线切割将整个断面连同内孔剥离出来，发现裂纹在端面根部产生，扩展至端面。测量裂纹两侧硬度发现，端面一侧硬度较高，达到53HRC至59HRC，而内孔一侧硬度逐渐减小，最小达到36HRC。

通过以上的观察，判断裂纹为淬火过程中因为冷却不良导致，为弧形裂纹。在快速冷却条件下淬火又不能淬透的零件上，由于某些局部几何结构（称为弧裂形成的局部几何敏感部位）能显著减缓该处高温期内的淬火实际冷速（即引起缓冷效应），而使哪里产生了处于马氏体包围中的屈氏体软斑，并由此产生了起源于马氏体—屈氏体的不同比容和不同收缩倾向而作用于该处的表面局部合成拉应力。零件在低温期内的冷速越快，表面局部合成拉应力值越大。当其值超过材料的断裂强度时，便在哪里致裂，产生沿弧面形成并扩展的弧裂。通过金相观察，在距离裂纹往油槽方向3mm处即发现屈氏体软斑，如图6所示。

图6 50x淬火状态 3mm

分析支重轮体越靠近内孔中心位置缓冷现象越明显，判断可能是由于使用用网带炉调质过程中，在工件进入水槽时贴在斜板滑落在网带后又贴在网带上，导致孔内换热差，造成缓冷。

2.2 热处理工艺改进

弧形裂纹是由于工件整体淬火时存在缓冷效应产生的，裂纹一般在淬硬一端出现。所以为了解决弧形裂纹可以考虑以下几点方法：（1）更改工件摆放方法，提高水槽搅拌设备功率，改善内孔处淬火效果。（2）提高PAG浓度，降低低温区开裂的风险。（3）工件在淬火前先进行正火处理，提高工件本身强度，降低锻造过程的残余应力。通过实际操作发现，以上方法确实有效，端面裂纹的问题基本解决。

3 结语

通过金相组织，淬火后硬度分布结合现场实际情况分析出支重轮体油封处裂纹为锻造时温度不够高或拔模斜度不够大导致油封处出现锻造折叠，支重轮体端面裂纹为缓冷裂纹，为淬火时冷却不良造成的。（1）为了使支重轮体半边毛胚锻造温度可以在一个较宽的温度区间内，通过更改拔模斜度使油封位置不受到压延，避免了锻造折叠的出现。（2）实践证明，正火处理可以减轻带状组织的影响，但是，无法完全消除。（3）对于缓冷裂纹可以通改善水冷效果解决。