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对SCr22钢制作的转向节主销在使用过程中的断裂件进行分析：主销的生产工艺流程是锻造、退火、切削加工、渗碳、淬火回火。如前所述，失效的原因是复杂的，不可一概而论。对主销渗碳层进行显微组织观察可以看到许多网状碳化物，硬度仅为15HRC。在未渗碳部分出现带状铁素体的问题不能简单地看成热处理缺陷。
根据分析可知：该主销渗碳后的淬火温度偏低，结果导致淬火硬度偏低，整个零件脆弱且强度不足。案例一：
材料的性能并不单纯取决于材料的种类和成分，通过热处理改变材料内部的组织，将大幅度改变材料的性能。这不，今天我参与了整个淬火的工艺操作，将直径是 100的40Cr钢加工的销轴装炉加热，加热到850℃±10℃，保温180～200分钟，然后出炉。
先放在空气中冷却大约2～3分钟，眼见工件开始由红变黑，然后迅速放入二硝水溶液中快速冷却，直到冷却均匀为止。
改变了以前水淬油冷的方式，这样才能满足工件经过淬火回火后具有高的弹性极限、屈服点、和适当的韧性及抗疲劳能力，特别是硬度要求达到42～47HRC。
案例分析：
1、为了提高硬度采取的方法，主要形式是通过加热、保温、冷却。而冷却起着决定性的作用；
2、淬火最理想的冷却曲线应该是：
3、最常用的淬火冷却介质是水和油、盐水。工人师傅没有按照教材中所述用水和油作淬火介质，虽然水是应用最为广泛的淬火介质，它不仅廉价易得，而且具有较强的冷却能力。但它的冷却特性并不理想。在需要快冷的650～500℃范围内，它的冷却速度较小；而在Ms点附近慢冷时，它的冷速又太快，易使零件产生变形，甚至开裂。因此只能用做尺寸较小、形状简单的碳钢零件的淬火介质。油只适用于过冷奥氏体的稳定性比较大的一些合金钢或小尺寸的碳钢工件的淬火。对于40Cr制造的销轴水淬，硬度达不到要求。
4、而工厂用自己配制的盐水（亚硝酸钠、硝酸钠和水按2：3：5的比例配成的二硝水溶液）淬火，容易得到高的硬度和光洁的表面，不容易产生淬不硬的软点，但快冷势必要造成很大的内应力，易使工件变形严重，甚至发生开裂。为了防止工件开裂，工人师傅采取了慢—快—慢的冷却方式，就是案例中的空气—盐水—水。这是根据上图中钢的理想淬火冷却曲线自我设计的方案。只能说此法比以前改进了很多，能够满足该钢的使用要求。
5、存在的问题是：
（1）操作中时间的严格控制是很难做到的，只是凭经验；
（2）盐水的使用也只是处于摸索和经验阶段，在实际中，直到目前为止，还没有找到一种淬火冷却介质能符合这一理想淬火冷却速度。
“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”，只有在不断地实践中，不断地探索，总结经验，不断改进，力争做的更好。对由SNCM21钢制作的传动齿轮失效件进行分析：该齿轮生产工艺流程为锻造、退火、切齿、渗碳、淬火回火。渗碳层表面硬度为61HRC，厚度为1.20㎜。齿根处心部的硬度为25HRC。该硬度值作为传动齿轮的芯部硬度显得过低。
金相组织观察可以看到渗碳层与未渗碳部分交界处裂纹形貌。一般认为，裂纹在硬化层与芯部交界处形成，在交界面上平行于渗层表面扩展，最后垂直表面剥落。根据经验，这种破坏在未渗碳部分硬度较低时容易发生。渗层表面硬度一般在60HRC以上，若把齿轮根圆与齿轮中心线交点处的硬度规定为芯部硬度，则根据经验，轿车传动齿轮的芯部硬度在30～35HRC时，不会发生破坏；反之，高于或低于该范围均易发生非正常损坏。不过，硬度低与高的齿轮，其断口形貌不同。载重汽车齿轮硬度以高一些为佳。当然，这里所分析的失效齿轮是含镍的SNC21钢所制造，但如果保证齿轮芯部硬度在30～35HRC，即便使用SCr22钢或SCM22钢制造，也鲜有断裂。
当然，对某些齿轮而言，即使其芯部硬度不在30～35HRC范围，但在使用中也未必发生损坏，这一事实说明：并非所有齿轮芯部硬度都应规定在该范围。对某些使用条件不太苛刻，工况并不恶劣的齿轮，芯部硬度对其断齿强度则影响甚微。对由 SCr22钢制成的差速器行星齿轮的断裂失效件进行分析：该齿轮生产工艺流程是锻造、退火、切齿、渗碳、淬火回火。所使用钢材含碳量为0.25%，比规定值稍高。在渗碳层中可看到较多的粒状碳化物，渗碳层硬度为60～62HRC，深度为1.40㎜，稍深。此外，渗层的裂纹大部分沿晶界形成。齿根处芯部硬度较高，为37HRC。由此可以断定，断裂原因为过渗碳，而且因为淬火温度偏低而致整个齿轮脆弱且强度亦低。早期的小型汽车用发动机曲轴都用SCr4制造，经锻造退火后进行整体淬回火处理，表面硬度规定为40HRC。按这种方案制成的曲轴在服役过程时有断裂现象发生，经断口分析发现：断裂源在弯角附近，断裂源附近硬度在35HRC左右，低于规定值，断口是以弯曲为主的疲劳断口。
作为预防和纠正措施之一是：在不改变曲轴形状、尺寸和钢种的前提下，改用高频淬火。预处理有两种方法：一是锻造、正火、淬火回火，表面硬度为38HRC；二是锻造、正火，表面硬度为18HRC。将上述两种预处理状态的曲轴经同样的高频淬火后装机进行10 h台架试验，然后装车进行行走试验，前者未发生断裂，而后者则从高频淬火硬化层边缘处断裂，断口形貌是以弯曲为主的疲劳断口。
一般说来，当由铬钼合金钢制成的曲轴采用第一种预处理方案时，其硬化层的硬度和深度均优于第二种方案，其缺陷是增加一道淬火回火工序。当采用第二种方案时，若能改变曲轴形状和尺寸，则亦可保证不发生断裂，但实际上要想改变曲轴的形状和尺寸并非一件易事。因此，作为热处理方面，只好考虑在加热线圈上多想办法，如果能把圆角处也淬硬，则或许断裂就可避免。例如，形状和尺寸各不相同的大型发动机曲轴一般均用SC45C（45#）钢制造。其热加工流程为锻造、正火和高频淬火，由这种方法所制造的曲轴，在使用中不发生断裂的例子也是很多的。
结论：对于小型汽车发动机曲轴而言，为了防止断裂的发生，决定改用淬透性较好的SCM4钢，热加工流程是锻造、正火、常规的淬火回火，表面硬度控制在42HRC左右。这种状态的曲轴鲜有断裂。对经锻造、退火和淬火回火的钢制花键轴在直经40㎜的花键处扭转疲劳断裂件进行分析：
花键轴由SCr4（40Cr）钢制成，表面硬度很低，仅为23～26HRC。为防止这种断裂，曾改用SCM4（42 CrMo）钢，把轴的表面硬度提高到32～35HRC，但花键轴依然发生扭转疲劳断裂。断口观察发现：以上两种情况的断裂，裂纹都从表面向心部延伸，是典型的扭转疲劳断裂。作为防止扭转疲劳断裂的有效措施是：在不改变轴的尺寸和形状的条件下调整轴的表面硬度。行走试验结果表明：表面硬度在40HRC以上便不发生断裂，而表面硬度在40HRC以下则发生断裂。即便使用含镍的SNCM8（40 CrNiMoA）钢制造，若表面硬度低于40HRC，同样也会发生断裂。而当使用SCr4钢时，只要表面硬度达到40HRC就少有断裂。由此可见，硬度的影响重于钢种的影响。当然，硬度高于40HRC时，对花键的热后加工造成困难是不可避免的。
花键轴经淬火回火后，还应考虑所用钢的淬透性带宽度，硬度达到40HRC的合格率问题。根据花键轴淬火油槽的冷却强度求出的与直经40 mm圆棒的表面和中心相当的乔明尼距离，分别为12.7 mm和19 mm。当然，这两个数值将因淬火装置的冷却强度不同而不同。现根据SCr4H钢的淬透性带来考虑，表面和中心的淬火硬度分别为38～54HRC和 31～47HRC。这里不用中心硬度。实验确定，对0.4%的钢来说，为了在淬火回火后能获得良好的机械性能，其最低淬火硬度为50HRC。实际上，美国公司过去也有把花键轴的表面最低淬火硬度规定为48HRC的，这一最低淬火硬度与SCr4H钢的表面硬度38～54HRC相比，可以认为硬度在48HRC以上的花键轴约占总数的50%。因为只有表面硬度达到48HRC以上的轴经400℃以上温度的回火才能保证表面硬度在40HRC以上，所以热处理合格率仅为50%左右。
当然，可以考虑以降低回火温度来保证硬度，但对于1%Cr左右的SCr4H钢或SCM4H钢而言，在400℃以下回火是不充分的。如能证明经400℃以下回火的花键轴，其硬度能保在40HRC以上，且实际行走试验时不发生断裂，那么降低回火温度也未偿不可。
结论：对于直经40 mm圆棒来说，由于SCr4H钢的淬透性不足，故重点研究了淬透性比SCr4H钢更好的SCM4H钢。当采用SCM4H钢时，圆棒表面和中心的淬火硬度分别为46～57HRC和39～55HRC，表面硬度大部分在48HRC以上，因此决定用SCM4H钢来制造花键轴，且设计要求应把淬火回火后的硬度规定为40HRC以上。对由S55C钢制成，在长期服役过程中断裂的零件进行失效分析：该工件经锻造、正火后进行淬火回火处理，硬度为20HRC左右。是由弯曲引起的疲劳断裂。通过显微组织观察发现，在断裂起点附近有相当严重的脱碳现象。案例二：
今天是我实习的第三天，下午一点半，我准时到了车间报道。一进车间，我便看到师傅们在忙上了。他们正把井式电阻炉中回火的40Cr钢做成的销轴从回火炉（井式电阻炉）内取出，然后迅速地喷水冷却。我急忙申请自己操作。（如下图所示）我边操作边带有些许疑惑：对40Cr钢做成的销轴进行850℃±10℃淬火后采用的是中温回火，回火温度是380℃±10℃，然后空气冷却就是了。而在实际操作中，回火以后又采用了水冷的措施，这是在教材中不曾讲述的。与理论也有一定的差距，而这样做的目的是什么呢？我带着疑问，在参与操作中请教师傅，使我茅塞顿开，原来是为了防止材料产生硬度不足，防止出现韧性下降（回火脆性）的现象，从而防止达不到销轴的使用要求。这是长时间的经验所得。
案例分析：
钢淬火以后，一般很少直接使用，都要进行回火处理。40Cr钢做成的销轴是用于装载机上的动臂后销轴、举升缸后销轴等，技术要求是：具有高的弹性极限、屈服点、和适当的韧性及抗疲劳能力，硬度要求达到42～47HRC。怎样才能既保证硬度又能提高韧性呢？措施就是我看到的上面的一幕。而这种喷水冷却就是为了防止材料出现回火脆性。
1、回火脆性是指淬火钢回火后出现韧性下降的现象。
2、淬火钢在回火时，随着回火温度的升高，硬度降低，韧性升高，但是在许多钢的回火温度与冲击韧性的关系曲线中出现了两个低谷，一个在250～350℃之间，另一个在450～650℃之间。随回火温度的升高，冲击韧性反而下降的现象，回火脆性可分为第一类回火脆性和第二类回火脆性。
3、第一类回火脆性又称不可逆回火脆性，低温回火脆性，主要发生在回火温度为 250～350℃时，几乎所有的钢都存在这类脆性。目前尚无有效办法消除这类脆性，故也称为不可逆脆性。为了避免这类脆性发生，一般不在这个温度范围内回火。如果根据技术要求，必须在脆性温度范围内回火时，可采取等温淬火代替，或者改用使脆化温度移向高温度的含硅钢种。第二类回火脆性又称可逆回火脆性，高温回火脆性。发生的温度在接近400～650℃，具有可逆性；与回火后的冷却速度有关；回火保温后，缓冷出现，快冷不出现。
4、工人师傅采用380℃±10℃回火，从理论上讲，避开了第一类回火脆出现的机会。但因为是40Cr材料，由于Cr这种合金元素的存在，将会调整回火温度的范围，使其推向高温。所以回火后用水快速冷却，既防止了第二类回火脆的发生，又使硬度得到了保证。
启示：
1、如果根据技术要求，必须在第一类脆性温度范围内回火时，可采取等温淬火代替；另外，淬火前先正火，细化晶粒，这样可以保证硬度，淬火温度可适当 降低，亚温淬火可成倍地提高工件的冲击韧性。
2、出现第二类脆化后可重新加热后快冷消除。（比如重新加热后喷水冷却）

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