大尺寸OG18逆止器內圈鍵槽裂紋分析知識

大尺寸OG18逆止器內圈鍵槽裂紋分析知識

經我公司滲碳淬火處理的大尺寸OG18逆止器內圈，在後序精車內孔端麵、磨削外圓麵後，線切割內孔鍵槽過程中產生裂紋，導致內圈報廢，造成一定的經濟損失。本文通過對內圈各工序加工過程的分析、說明，判斷內圈加工鍵槽開裂的原因，采取相應的措施，避免了同類零件再產生鍵槽裂紋的失效。

內圈的工藝流程及加工過程的鍵槽開裂說明

內圈宏觀形貌見圖1。

工藝流程為：鍛造毛坯→正回火→粗車→滲碳→半精車（去碳層）→淬火回火→精車→磨外圓→線切割鍵槽→成品，在內圈加工的最後一道序即線切割內孔鍵槽過程中，在線切割加工鍵槽最後一個麵時，與前一加工麵交接處的底部直角處出現裂紋，並擴展到端麵，見圖2、圖3。同批3件內圈均出現同樣狀態的裂紋失效，全部報廢。

圖2

圖3

裂紋原因討論及分析

逆止器內圈材料為20CrMnMo，技術要求最大直徑外圓麵滲碳淬火硬度為58～62HRC，淬硬層深3～5mm。由於內圈滲碳淬火麵為較大壁厚的外圓麵，采用常規油冷工藝淬火，滲碳麵硬度僅為45～50HRC，不能達到技術要求。

為此采用水淬油冷雙液淬火工藝，滲碳的外圓麵淬火硬度達到技術要求下限57～58HRC，去掉碳層的內孔麵硬度達到40～50HRC。由於內孔麵硬度偏高，後續鍵槽采用線切割加工。采用水淬油冷工藝淬火的前兩批次OG 14、OG 16小尺寸內圈，線切割內孔鍵槽成品後，未出現任何開裂質量問題。OG14內圈輪廓尺寸為：Φ490mm×Φ240mm×290mm，鍵槽長度為290mm；OG16內圈輪廓尺寸為Φ560mm×Φ240mm×360mm，鍵槽長度為360mm；而出現鍵槽開裂的本批次OG18內圈輪廓尺寸為Φ640mm×330mm×455mm，鍵槽長度為455mm。

可以看出：出現開裂的OG18內圈滲碳淬火麵積及鍵槽尺寸有較大增加。加工鍵槽的尺寸越大，其基體的強度越低，在線切割鍵槽最後一個麵時出現裂紋，是因為鍵槽已切斷的兩個麵，為應力集中的缺口，導致基體強度明顯降低，當內圈所受的應力大於基體本身抵抗脆斷的強度時，就會發生斷裂。而導致內圈鍵槽開裂的應力為多種應力的疊加，即滲碳淬火後的殘餘應力；滲碳後加工內孔、端麵及淬火後加工內孔等的切削加工應力；線切割加工時的應力等。

由於OG18內圈滲碳淬火的麵積、壁厚較大，采用水淬油冷的雙液淬火，需增加水冷、油冷時間，強化冷卻，勢必增大淬火後的殘餘應力；內圈尺寸越大，滲碳後去碳層等半精加工的切削加工量越大，使其切削加工應力越大；內圈鍵槽尺寸越大，線切割應力也越大。基體強度低，應力大， 當然就易開裂。較大的綜合殘餘應力及較低的基體強度是內圈線切割鍵槽開裂的主要原因。

改進措施

對於重新生產的OG18大尺寸內圈補件，采取降低綜合應力的工藝措施，即在原工藝淬火後一次回火的基礎上再增加2～3次長時間回火，後序線切割鍵槽至成品，再未發生鍵槽開裂的失效報廢質量問題。采取強化回火的工藝措施，增加滲碳淬火後回火次數、回火時間，使其充分釋放滲碳、滲碳後加工、加工後淬火的殘餘應力，即盡可能降低了切取鍵槽時的綜合應力，從而降低了內圈開裂的敏感性。