包 锋，赵贺楠

（宝武集团广东韶关钢铁有限公司，广东 韶关 512123）

20CrMnTi 具有良好的渗碳性，较好的淬透性，较高的低温冲击韧性，良好的加工性以及较好的抗疲劳性能[1]。用于制造承受高速、中等或重载荷、冲击及摩擦的重要零件，如摩托车、汽车各种轴类、活塞类零配件以及其他特殊零件等[2]。某公司在用20CrMnTi 圆钢加工摩托车用花键过程中端部出现裂纹。花键生产流程为：球化退火→冷拉→抛丸→冷剪→皂化→冷挤压→车端面等工序。为了找出花键端部裂纹的产生原因，采用ARL3460 直读光谱仪、金相显微镜及维氏硬度计对花键裂纹试样与圆钢退火试样进行了检验和分析。

1 检验结果

1.1 宏观形貌

试样1 为花键试样，如图1-1。试样2 为圆钢退火件试样，如图1-2。体视显微镜下观察发现花键端部存在一条距心部2.13 mm 的弧形裂纹，裂纹未扩展到花键外侧表面，如图2 所示。

图1 试样

1.2 化学成分

使用ARL3460 直读光谱仪对花键试样及退火件试样进行光谱检测，化学成分如表1 所示。

图2 花键端部裂纹形貌（6.3 倍）

表1 化学成分 %

由表1 中的成分检测数据可以看出，该花键试样及退火件试样的材质均符合国家标准的成分要求，特别是有害杂质元素硫和磷的含量均远低于标准上限，在正常使用情况下不会造成材料的脆性增加。成分分析结果表明试样无成分异常。

1.3 金相组织

对花键端部进行磨制抛光，金相显微镜下观察裂纹内未见氧化和异常夹杂物如图3、图4，腐蚀后裂纹处未见脱碳现象如下页图5、下页图6，基体组织为贝氏体+铁素体+珠光体如下页图7，对退火件试样横截面进行磨制抛光腐蚀后，金相显微镜下观察其组织为球状珠光体+少量铁素体如下页图8。

图3 花键端部裂纹形貌（50 倍）

图4 花键端部裂纹末端形貌（50 倍）

图5 花键端部裂纹形貌（100 倍）

图6 花键端部裂纹末端形貌（100 倍）

图7 花键组织形貌（500 倍）

图8 圆钢组织形貌（500 倍）

1.4 硬度检测

分别对花键试样和圆钢退火件试样进行维氏硬度检测，检测结果如表2 所示。花键试样的硬度较退火件试样的硬度偏高约60 HV。

表2 硬度检测结果

2 原因分析

1） 由化学成分分析可知，试样成分符合GB/T 3077—2015 标准要求，成分无异常。

2）花键端部裂纹呈弧形，裂纹未扩展到外表面。由裂纹内未见氧化和异常夹杂物，腐蚀后裂纹处未见脱碳，可知裂纹并非遗传自母材，裂纹产生于退火后。

3）花键组织为贝氏体+铁素体+珠光体，而非正常的铁素体+球状珠光体，贝氏体组织变形能力较差，且会造成材料硬度偏高，极易造成冷挤压过程开裂。而圆钢退火件组织为铁素体+球状珠光体为客户反馈工艺对应的正常组织，说明花键对应的材料退火工艺执行异常，未达到球化效果。

3 结论

花键组织存在异常现象，说明退火工艺存在执行异常。材料退火组织异常，出现贝氏体+铁素体+珠光体而非正常的铁素体+球状珠光体组织，导致花键在退火后受外部作用力产生开裂现象。