球墨铸铁凸轮轴退刀槽部位感应淬火开裂原因探讨

凌云谷

某国际知名汽车公司，在QT-700凸轮轴新产品在开发过程中，退刀槽底部在感应淬火后发现裂纹，不同批次的工件裂纹比例不一样，荧光磁粉探伤发现槽底有裂纹的比例，首批达到100％，之后微调化学成份后，裂纹在15％－45％不等，并且裂纹集中在某个槽底的情况达到裂纹总件数的80％。
此外：
1、退刀槽部位不允许硬化也没有硬化。
2、采用了自回火工艺。
3、只对凸轮片进行了中频感应淬火：
1）化学成份在规定的范围内，正常温度浇注，箱内缓冷90分钟后出炉。
2）珠光体含量达到了95-97％，硬度270-290HB，石墨球数量450以上，石墨球尺寸6-8级
3）没有发现过热组织，槽底表面贫碳0.4－0.6mm（表现为牛眼周围铁素体含量高）。
讨论：
个人根据掌握的现象判断，认为裂纹是感应淬火时形成的淬火裂纹，其开裂机理还是由于槽底铸件表面缺陷、基体强韧性配合问题、槽部位结构设计不合理、感应淬火应力大、感应淬火过程控制不稳定等原因综合引起的。
下面的问题需要大家讨论：
1、如何减少槽底铸件表面缺陷？
2、强韧性配合：
影响球铁强韧性配合的因素？
1）球化率、均匀性、球的平均尺寸、锡铅锰铜硅Mo的影响？
2）浇注温度、相变速度、冷却速度的影响。
3、槽部位结构设计不合理：大家接触到的凸轮轴在这个部位的结构设计情况介绍；如何改进？
4、槽底感应淬火应力大：
1）应力产生的原理以及引起这种结构的凸轮轴槽底开裂的可能的应力分布状态 ？
2）  降低槽底感应淬火拉应力的方法？
5、影响感应淬火过程控制稳定性的因素
6、失效分析大方法、过程
7、遇到感应淬火厂家不承认是感应淬火问题，毛坯供应商如何去组织试验证明感应淬火有问题或有改进余地？
8、反之，毛坯供应商不承认是毛坯问题，感应淬火厂家如何去组织验证毛坯有问题或有改进余地？

恳请大家参与以上任何一个问题的讨论，对球铁铸造技术、产品设计原理、感应开裂原理、感应淬火过程稳定性控制或许给大家带来启发。

凌云谷

[ 本帖最后由 凌云谷 于 2008-10-16 11:09 编辑 ]

凌云谷

dhzhou888

看了你的帖子，仍有许多不明之处，如：球铁的化学成分，是非合金球铁还是合金球铁？预先热处理的方法？感应热处理的冷却液？因帖子发了几天了，而我刚看到，现先发表几点不全面的观点，供参考。我讲的是自己的经验，不是理论。
一，QT700-2制凸轮轴，在铸造时的要点：
１　铸造生铁要选择质量好的大厂产品，焦碳也要选好的，而且要定点采购。生铁和焦碳的质量对球铁质量的影响很大。
２　浇铸时要二次孕育包括随流孕育，达到细化石墨的目的。
二，预先热处理
１　要进行部分奥氏体化正火，参考温度在900℃以下，不可以有牛眼状铁素体。
２　正火后要回火。其他零件可以省去回火，该零件不可省。
３　珠光体含量≥85％就行。就是你说的基体强韧性配合问题。
三，感应淬火
１　感应器有改进的必要，尽量使硬化层均匀。
２　冷却液要选温和些的，如果是水就不太好控制。
３　自回火后还要进炉回火。

luodan1661

看似复杂。楼上的观点很到位，我很赞同。原料的控制至关重要。
楼主的凸轮轴是否轻摔会有断裂？我想是的，敲击的声音也是混浊的，不是清脆的。看到的深色裂纹痕迹是否是浸入油的结果呢？裂纹应该是在淬火后回火前产生。
裂纹的主要原因还是原材料，如果看金相，应该在看到裂纹部位的铁素体并非完全的牛眼状，还有网状的，感觉这个部位的铁素体和珠光体及渗碳体和其他部位不一样，表现为该区域的黑色更浓，白色更白，在网状接点部位会有不明物质的偏析物，这是脆断的主要原因。另外淬硬层偏深以及接近裂纹部位也是原因之一。
重新高温正火或者把淬硬层调浅可解决。

凌云谷

回复4楼：
1、QT700－2石墨球多大算细化？
2、铸造后90分钟开箱。
3、没有预先热处理
4、感应淬火采用AQ251,11%
5、感应淬火在250℃停止冷却，要求随后缓冷超过1小时，然后260℃回火至少1小时
回复5楼：
1、原材料原高锡高铅经我建议调为低锡低铅，P含量从98％降到94％，开裂略减少。
2、感觉铸造的冷速慢、开箱温度低了，但是是曲轴自动铸造线，没法改进冷速和提前开箱。
3、没有网状。
4、今天开始介入感应热处理的过程分析。

谢谢各位，期望各位多多指导。

dhzhou888

QT700－2石墨球多大算细化？请看GB/T9441-1988《球墨铸铁金相检验》，我参加了该标准的制订。石墨球化级别、大小、磷共晶和渗碳体量都重要。

luodan1661

因为我在生产实际中遇到过两次大批量球铁491Q凸轮轴断裂的情况，断口与楼主提供的几乎一样，连深色痕迹都是一样的。后来解决了。主要还是毛坯问题。
只是还没准确弄清楚断裂部位的不明网状物的成分，这种物质一般分布在晶界，热敏感性强，急剧降低该处的强度导致开裂和断裂。我们采取的措施就是严格生铁质量的控制，采用本溪铁，控制锡、娣、钛的含量，随流多次孕育。潮模砂、铁模覆砂、金属型铸造都搞过，与铸造方式无关。在保证珠光体量的前提下最好能有缓一点的冷却速度。都要进行去应力处理。

[ 本帖最后由 luodan1661 于 2008-10-26 23:13 编辑 ]

dhzhou888

我在大学耽了多年，在柴油机厂有25年的工作经历，我们采用本溪铁、北京焦。工艺控制很重要，我们对重要零件还建立热履历卡片。

maxdew

我们生产的凸轮轴也经常出现这种问题，在淬火的时候由于两家毛坯供货单位的质量差异很大导致一家的毛皮淬火裂纹非常多，而且经常性的集中出现于同一个地方，十分郁闷。而且在磁粉探伤后挑出的轴经过精磨还会有一部分产生裂纹，除了表面裂纹 有时候轴瓦处也有

maxdew

不知道为什么第二个文件无法下载哦！

yzwwl

学习了 谢谢

cosmo4411110

上海通用的凸轮轴，看照片的型号是LE5，原来楼主碰到的问题和我一样，原因有很多的，现在已经全部解决，偶尔有裂纹也是非热处理原因，有兴趣聊聊