1.概述說明
（1）汽車用半軸套管鎖緊螺母的加工，原工藝采用圓鋼下料鍛造。首先在高速汽錘上進(jìn)行墩粗壓扁，鐓粗的鍛造比達(dá)Y=H0/H1=10，而且鍛件變形速度太快，易產(chǎn)生平面周向折疊。由于螺母厚度太薄，鍛坯只有10mm左右，終鍛溫度難以控制。在后序沖孔和整形時(shí)呶露繞脫誘剮圓蛔?，易芯暁覐?qiáng)選Ｔ斐燒鄣涂訓(xùn)姆掀仿矢嘰?5％左右。
 
（2）為了避免鍛造加工的缺陷，改進(jìn)后的鎖緊螺母加工工藝，采用45鋼熱軋無縫鋼管鋸床下料。這樣可以節(jié)省材料，減少工序，同時(shí)避免鍛造裂紋。近期的螺母產(chǎn)品經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，機(jī)加工后發(fā)現(xiàn)工件表面開裂現(xiàn)象比較嚴(yán)重。螺母外平面形成整體的周向裂紋，以及數(shù)條徑向裂紋，廢品率多達(dá)10％。
 
（3）目測螺母失效件表面，裂紋主要呈周向開裂，裂紋幾乎延伸至整個(gè)工件外平面。在圖片的上部，有一條垂直于外圓的徑向裂紋，裂紋上端沒有貫穿外表面，下端沒有與徑向裂紋相連接，初步推斷為內(nèi)裂紋，內(nèi)裂紋的產(chǎn)生與內(nèi)部組織缺陷有關(guān)。圖片下部有一條人字形分叉裂紋，人字形裂紋的頂端與外圓表面相連接，形成開口裂紋（見圖1）。

圖1 螺母表面裂紋（實(shí)物）
 
2.過程檢驗(yàn)
（1）截取原材料尺寸為長25mm×寬25mm×厚15mm的樣塊，進(jìn)行化學(xué)成分檢測，檢測設(shè)備為Labspark5000直讀火花光譜儀。檢查結(jié)果（見附表）表明，化學(xué)成分符合材料標(biāo)準(zhǔn)要求。

原材料化學(xué)成分的檢查結(jié)果（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）

（2）金相檢測，人字形裂紋的頂端，與外圓表面形成開口裂紋，裂紋兩側(cè)有明顯的氧化脫碳層，氧化脫碳層深度達(dá)0.35mm。從圖片上跡聿憒α鹽萍湎凍噬詈諫?，聋}頗諮躉锝仙?。聋}葡虜?，聋}萍湎賭誄瀆呶卵躉鎩Ａ鹽聘澆髦蝕淼乃魘咸遄櫓?。靠近聋}屏講?，铁遂v寤逕系目帕Ｗ刺薊锝仙伲粲諍劑康陀謖；遄櫓難躉煙疾悖?）。

圖2  裂紋端面脫碳層（400×）
 
（3）裂紋的擴(kuò)展為曲折狀沿晶開裂，裂紋尾部呈分叉狀，裂紋四周同樣布滿較深的脫碳層。存在較深脫碳層的裂紋，可以確定是在調(diào)質(zhì)處0淬火之前形成的，因?yàn)檎{(diào)質(zhì)處理的加熱過程，使裂紋兩側(cè)氧化脫碳（見圖3）。

圖3  裂紋尾部脫碳層（100×）
在徑向裂紋的垂直部位取樣檢查，裂紋仍然是曲折狀沿晶擴(kuò)展，但裂紋兩側(cè)無氧化脫碳現(xiàn)象，這種裂紋屬于調(diào)質(zhì)處理過程中淬火產(chǎn)生的裂紋。在裂紋的附近，可見原始的晶粒異常粗大，晶粒度達(dá)1～2級。這種粗大組織，是原材料軋制時(shí)溫度過高，晶粒急劇長大造成的。且晶粒呈現(xiàn)軋制拉長的形態(tài)（見圖4）。

圖4  裂紋周圍無脫碳層（100×）
 
（4）對原材料軋制組織進(jìn)一步觀察，失效件近表層處晶粒粗大，且晶粒變形傾向較嚴(yán)重 呈扁平狀，晶粒平均直徑為0.35mm，晶粒度達(dá)0級；失效件心部的晶粒仍然粗大，變形呈橢圓狀，晶粒平均直徑為0.20mm，晶粒度達(dá)1.5級。正常晶粒的平均直徑在0.02～0.06mm之間，晶粒度為5～8級。晶粒度≤3級時(shí)屬于過熱組織。晶粒度在0～1.5級之間，已經(jīng)長大為嚴(yán)重的過熱組織晶粒（見圖5～6）。這種現(xiàn)象表明原材料在軋制時(shí)，加熱溫度過高，晶粒急劇長大，晶界寬化，此時(shí)的晶間結(jié)合力顯著降低。金相組織顯示，晶粒變形現(xiàn)象嚴(yán)重，表明原材料軋制的終鍛溫度過低，組織不能回復(fù)再結(jié)晶。組織間存在較大的鍛造應(yīng)力，工件在后序加工及熱處理時(shí)，易造成變形和Ａ選Ⅻ/p>

  圖5  表層粗大晶粒（100×）

圖6  心部粗大晶粒（100×）
 
（5）在人字形裂紋的中部，裂紋周圍的脫碳層較嚴(yán)重，脫碳層深度達(dá)0.40mm。在脫碳層處，鐵素體基體呈較粗的等軸晶粒。這種較粗的等軸鐵素體晶粒，表明組織經(jīng)過一次奧氏體化溫度加熱的氧化脫碳，但加熱溫度應(yīng)該在1000℃以下。如果加熱溫度超過1000℃，甚至在1200℃以上，該脫碳層的鐵素體晶粒，就會形成長條狀的柱狀晶，因此該裂紋不會是軋制開裂的裂紋。該裂紋不是軋制開裂的另一個(gè)理由是，如果該裂紋在軋制時(shí)開裂，那么調(diào)質(zhì)后裂紋周圍的脫碳層內(nèi)的鐵素體晶模Ω夢感〉戎嶙礎(chǔ)Ｒ蛭靨寰ЯＴ讜頻母呶孿攏紫刃緯芍淳?，染忬栽戺治g淼募尤裙討?，铁遂v寰Я＞沃亟峋?，柱状晶完全奥氏体化，染徎e匭陸峋?，转变为细小等轴状的晶粒。蛹喫钡a鰨魷終庵紙洗值戎嶙刺靨寰Я５牧鹽疲Ω檬竊讜浦蟮髦蝕澩慊鷸形成的。從脫碳層嚴(yán)重程度看，該裂紋應(yīng)該是在調(diào)質(zhì)處理加熱初期產(chǎn)生的。
 
由此推斷，可能為調(diào)質(zhì)處理加熱初期熱應(yīng)力產(chǎn)生的裂紋；也有可能是原材料軋制既存應(yīng)力集中裂紋；或者為原材料下料后應(yīng)力釋放產(chǎn)生的裂紋。但是有一點(diǎn)可以確定，在1200℃左右的高溫鬧乒討忻揮脅庵至鹽?。该聋}剖竊讜牧顯埔院?，由又u斬臀露裙?，讬┋脫]謝馗叢俳峋В湫蔚木ЯＣ揮屑笆被馗?，?alpha;γ揮械玫較諍笮蚧庸ぜ叭卻硎?，?alpha;κ頭偶暗硬牧鹽疲?）。

圖7  較粗等軸鐵素體（400×）
在裂紋附近，分布有大量斷續(xù)條狀的淺灰色非金屬夾雜物。從形狀和特征判斷，該非金屬夾雜物屬于低熔點(diǎn)的硫化物夾雜。它的存在顯著降低材料的強(qiáng)度，進(jìn)一步增加材料的應(yīng)p開裂傾向（見圖8）。

 圖8  條狀非金屬夾雜物（400×）
 
3.分析改進(jìn)
（1）汽車用半軸套管鎖緊螺母的p面裂紋，是原材料軋制之后，機(jī)加工及熱處理過程中產(chǎn)生的。產(chǎn)生裂紋的影響因素包括鋼管原材料軋制始鍛溫度過高；終鍛溫度過低；原材料既存非金屬夾雜物超標(biāo)。
 
①原材料軋制始鍛溫度過高，晶粒急劇長大，晶界弱化，晶間結(jié)合力顯著降低，易造成應(yīng)力開p。
 
②原材料軋制終鍛溫度過低，組織無法回復(fù)再結(jié)晶，原始晶粒嚴(yán)重變形，原材料軋制應(yīng)力很大且無法消除。這種情況下，原材料鋼管放置時(shí)間越長，軋制應(yīng)力在晶界等缺陷處集中越嚴(yán)重，越易沿粗大晶粒的晶界處產(chǎn)生裂紋。
 
③原材料p管用鋸床下料后，在粗大晶粒開口處，原始軋制應(yīng)力得到釋放，易形成邊角開裂。
 
④工件在調(diào)質(zhì)處理加熱時(shí)，原始軋制應(yīng)力與加熱過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力疊加，增加工件的開裂傾向。
 
⑤工件在調(diào)質(zhì)處理淬火時(shí)，產(chǎn)生的組織應(yīng)力，超過原p粗大組織的晶間結(jié)合力，使工件產(chǎn)生開裂。
 
⑥原材料中非金屬夾雜物超標(biāo)，材料的強(qiáng)度降低脆性大，進(jìn)一步增加后序機(jī)加工及熱處理開裂傾向。
 
（2）正是由于不規(guī)范的原材料軋制加工工藝，給后序機(jī)加工及熱處理帶來諸多開裂的隱患。出現(xiàn)上述軋制缺陷的鋼管，原材料制造廠家應(yīng)及時(shí)進(jìn)行去應(yīng)力退火或高溫回火處理，以便消除軋制應(yīng)力，防止鋼管原材料在后序加工產(chǎn)生裂紋。同時(shí)也要降低材料組織中的非金屬夾雜物，保證原材料的組織和性能要求。