Page 84 - 理化检验-物理分册2024年第七期

冯佰刚，等：渗氮过程中轴套开裂原因

图 1 开裂轴套的宏观形貌
表1 开裂轴套的化学成分分析结果 %
质量分数
项目
C Si Mn p S Cr Mo W V Cu
实测值 0.86 0.32 0.33 0.001 2 0.003 4.18 4.80 6.23 2.02 0.089
标准值 0.80~0.88 ≤0.45 ≤0.40 ≤0.030 ≤0.030 3.80~4.50 4.70~5.20 5.90~6.70 1.70~2.10 ≤0.089

成分分析，结果如表1所示。由表1可知：开裂轴套 试验 第1部分：试验方法》,在开裂轴套靠近裂纹区
的化学成分符合JIS G4403—2005《高速工具钢》的 域和远离裂纹区域的淬硬层处取样，利用数显洛氏
要求。 硬度计对试样进行硬度测试，结果如表2所示。由
1.3 硬度测试 表2可知： 靠近裂纹部位和远离裂纹部位的硬度差异
根据GB/T 230.1—2018 《金属材料 洛氏硬度 较小，且均低于JIS G4403—2005的要求。
表2 轴套裂纹部位的硬度测试结果 HRC

项目 测点1 测点2 测点3 测点4 测点5 平均值
近裂纹区实测值 59.9 60.1 60.1 60.2 60.4 60.1
远裂纹区实测值 58.7 59.4 59.6 60.0 60.1 59.6
标准值 >64
1.4 金相检验 R角位置，整个断口为解理断口，呈脆性断口特征；
在轴套裂纹扩展位置取金相试样，试样的金相 裂纹源附近可见沿横向扩展的微裂纹。
检验结果如图2所示。由图2可知：试样组织中共晶 2 综合分析
碳化物分布不均匀，沿裂纹扩展方向可见较多白色
由上述理化检验结果可知：开裂轴套基体中存
条带状共晶碳化物，且细长的带状共晶碳化物与较
在较为严重的沿轴向条带状共晶碳化物，且碳化物
宽的密集条带共晶碳化物共存，且裂纹位于共晶碳
分布不均匀；裂纹附近的共晶碳化物呈带尖角的不
化物密集处；按照ZB J36003—87 《工具热处理金相
规则块状。在热处理过程中，分布不均匀的共晶碳
检验标准》，发现轴套的回火程度为1级，但回火不
化物会使材料不同位置的组织转变程度产生差异，
充分，组织中存在一定量的残余奥氏体。
从而引起不同位置的组织应力产生较大差异。当材
1.5 扫描电镜(SEM)分析 料中存在带尖角的块状共晶碳化物时，碳化物周围

在轴套开裂处取样，对试样进行SEM分析，结 会产生应力集中，并形成与基体界面脱离的微小孔
果如图3所示。由图3可知：轴套内侧R角位置为裂 洞，在较小的外界应力作用下，孔洞扩展成微裂纹，
纹起始位置，随后裂纹沿条带状分布不均匀的碳化 最后导致轴套发生脆断 。共晶碳化物的脆性较大，
[5]
物扩展，直至轴套开裂；裂纹附近存在大量带尖角、 聚集的共晶碳化物易成为裂纹源，因此分布不均且
形状不规则的块状共晶碳化物。 呈条带状分布的共晶碳化物会使轴套的开裂倾向
[6]
在轴套断口处取样，对试样进行SEM分析，结 增大 。
果如图4所示。由图4可知：裂纹源位于凸台内表面 开裂轴套的回火程度为1级，但回火不充分，组
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