某大型柴油机42CrMoA钢曲轴齿轮在中频感应淬火后数小时内齿根出现裂纹。分析表明，齿根延迟开裂是由于先淬火的主轴颈受到后来轮齿淬火加热时的热影响而使齿根产生过大拉应力所致。采取轴颈淬火和磨削后、轮齿淬火前进行℃x4h去应力退火，在轮齿淬火加热时对已经淬火的主轴颈进行补充冷却，以及主轴颈与轮齿侧面连接的圆角处不予淬火等措施后，齿根开裂问题得到了解决。某曲轴齿轮经过中频淬火和自回火后约6h，发现齿根部位有径向裂纹。荧光探伤时可见裂纹刚直，长约1～4mm，环形放射状分布。在12—24h后裂纹明显增多，严重困扰生产。为此，进行了深入分析研究，较好地解决了这一问题。1概况(1)曲轴材料为42CrMoA钢。(2)工艺流程：锻造一调质一机加工轴颈并粗磨一轴颈中频感应淬火一机加工轴颈并精磨一滚剃齿一齿轮中频感应淬火一机加工一动平衡。(3)曲轴主轴颈与齿轮相对位置如图1所示，可以看出齿轮与主轴颈连接紧密。这种结构和上述工艺流程都是导致齿根开裂的潜在因素。图1轴颈与轮齿的相对位置示意图(4)主轴颈淬硬层和齿轮淬硬层技术要求主轴颈和窄齿轮表面硬度均为(53±3)HRC，宽齿轮表面硬度(55±3)HRC，淬硬层深度要求如图2所示。第1、5主轴颈靠齿轮侧圆角淬火是导致齿轮淬火后齿根开裂的主要因素。图2轴颈和轮齿淬硬层要求2齿根裂纹形态及分析2.1裂纹的位置和形态从图lA向观察，裂纹形状如图3所示，裂纹发生在弧面相交的尖角处。图3曲轴齿轮齿根裂纹示意图2.2裂纹特点(1)裂纹发生在齿根，呈径向放射状，形态刚直，长度≤4iTlm。(2)裂纹具有明显的延迟性，多数在齿轮淬火后6～12h发生，再过若干小时后裂纹明显增多。(3)淬火后探伤正常，但是24h后沿过渡尖角单边车加工掉2mill，会出现放射状裂纹。2.3简要分析裂纹形成主要发生在先期淬过火的第1、5主轴颈靠齿轮侧圆角处。齿轮淬火时，已淬火的轴颈部位受到热影响，内应力再释放导致齿根表面受到拉应力。当拉应力超过其抗拉强度时即产生裂纹。应力释放较缓慢时，表现为延迟性裂纹。可见第1、5主轴颈靠齿轮侧圆角淬火层受到齿轮淬火时的热影响，该部位应力急剧释放是齿根裂纹形成的主要原因。3轴颈和轮齿的淬火工艺3.1轴颈淬火设备及工艺参数原西德生产的KWH型中频半自动淬火机床，中频电源为Hz变频发电机，功率kW。中频淬火工艺参数见表1。表1曲轴主轴颈的中频淬火工艺参数3.2轮齿淬火设备及工艺数据设备为GCQC01型数控淬火机床，中频电源为可控硅静止电源，功率kW。中频淬火工艺数据见表2。表2曲轴轮齿的中频淬火工艺参数4解决齿根延迟开裂的方法(1)根据以上分析，解决这种淬火裂纹的有效办法主要是减小应力和防止应力再分配。为此，对经淬火的曲轴轴颈磨削加工后、轮齿淬火前进行去应力退火，并确保不降低轴颈硬度，去应力退火工艺为oC×4h空冷，防止轮齿淬火时该区域应力因受热而激烈释放，导致齿根开裂。(2)轮齿淬火时对主轴颈侧进行喷淋淬火介质冷却，以减小对轴颈圆角处的热影响，遏制应力再分配。采取这一措施生产3根曲轴，经过7h后探伤，发现一根轴齿根部出现裂纹，未能彻底解决问题。同时，由于条件限制，喷淋淬火介质保护的稳定性差，人为影响因素多，产品质量难以稳定，所以喷液保护措施只能作为临时性措施。(3)齿轮淬火后除自回火外，再增加回火工序，相当于两次回火。回火工艺：(～)℃Xrain，空冷。增加回火的目的主要是使残余应力尽快释放，避免应力缓慢释放造成后期齿轮根部在使用中形成裂纹，消除隐患。(4)优化设计是解决裂纹问题和提高工艺稳定性的根本途径。这里所说的设计除了产品形状结构外，还包含热处理淬硬层要求。零件的不合理形状或结构是导致其淬裂的原因。具体的改进是，第1、5主轴颈与轮齿侧面连接的圆角不淬火，淬火热影响区如图4所示。结果，轮齿淬火时齿根部位应力稳定，可以明显抑制齿根延迟开裂。生产实践证明这种设计既满足曲轴服役要求，又利于生产，降低了生产成本，具有良好的技术经济性。图4改进设计的第1、5主轴颈重的淬火加热热影响区示意图5结束语在机械制造中热处理工艺的优化设计至关重要，其中3个方面应引起高度重视。第一，热处理与零部件设计的关系，包括选材、结构、技术要求等；第二，热处理工艺流程和规范，包括流程、规范、工装等；第三，热处理与其他工序之间的关系，包括材质、铸锻焊加工、冷加工(车、磨、冲、压、拔等)。只有科学、合理地处理好这些问题才能确保产品质量稳定，大幅降低生产制造成本。文章版权归原作者所有便携式X射线残余应力测试仪能解决什么影响轴承零件淬火表面光亮性的因素磨削烧伤与裂纹的几个重点

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