檢驗(yàn)中經(jīng)磁力探傷發(fā)現(xiàn)，零件表面存在垂直軸向的螺旋狀磁粉痕跡；十字頭銷熱酸腐蝕后，其面沿螺旋狀軟帶產(chǎn)生裂紋。硬度試驗(yàn)顯示，零件表面螺旋狀黑條上硬度為54-56HRC，白條硬度為60-62.8HRC，芯部硬度為27.5HRC。金相分析表明，表面組織為粗針狀馬氏體，芯部是索氏體和少量鐵素體，淬硬層深為2.3mm左右。縱向分析觀察發(fā)現(xiàn)，螺旋狀條紋白區(qū)為馬氏體組織，黑區(qū)是馬氏體+托氏體組織，螺旋狀軟帶寬度約0.7-0.9mm。端口分析明顯看出裂紋萌生區(qū)與發(fā)展區(qū)和快速斷裂區(qū)，可以觀察到典型的疲勞核心及疲勞源周圍成弧狀發(fā)展的疲勞裂紋擴(kuò)展線。斷面中，疲勞面積占83%.脆斷面積占17%，可以看出，十字頭銷失效為低應(yīng)力疲勞脆性斷裂。分析認(rèn)為，斷裂原因是由于高頻感應(yīng)加熱淬火加熱溫度過高，形成粗大馬氏體組織；同時(shí)因淬火操作不當(dāng)，形成螺旋狀軟帶組織。在交變應(yīng)力作用下，使零件出現(xiàn)低應(yīng)力疲勞脆斷早期失效。

為預(yù)防十字頭銷脆斷現(xiàn)象，提出高頻感應(yīng)退火淬火工藝改進(jìn)措施如下。

1）合理選擇高頻感應(yīng)退火淬火各工藝參數(shù)，防止過熱現(xiàn)象發(fā)生。過熱將導(dǎo)致淬火生成粗針馬氏體組織，使工件的斷裂抗力急劇降低；粗針馬氏體是脆性組織，使十字頭銷脆性增加；同時(shí)，粗大馬氏體組織存在高內(nèi)應(yīng)力，從而導(dǎo)致零件早期疲勞脆斷發(fā)生。

2）十字頭銷采用高頻感應(yīng)退火設(shè)備熱處理時(shí)，應(yīng)使工件旋轉(zhuǎn)速度和上下移動速度成合適比例，工件表面才能避免產(chǎn)生螺旋狀托氏體軟帶；同事應(yīng)適當(dāng)增加感應(yīng)圈的高度。

3）高頻感應(yīng)退火又夾角效應(yīng)，由于夾角處磁力線密集使夾角產(chǎn)生過熱，甚至融化。因此，設(shè)計(jì)感應(yīng)圈時(shí)，應(yīng)考慮干一個(gè)圈與工件夾角處間隙大小要適應(yīng)；同時(shí)工件空洞處應(yīng)倒角，加熱前堵孔，以防局部過熱現(xiàn)象發(fā)生。

機(jī)床活塞超音頻感應(yīng)加熱淬火裂紋分析及對策

超音頻加熱工作頻率為30-40KHZ，加熱透入深度約為2.5-2.89mm，介于高頻和中頻加熱之間?；钊牧蠟?5鋼，工件要求對直徑45mm柱面淬火。生產(chǎn)熱處理過程中，常見尖角處崩裂失效，回火后發(fā)現(xiàn)在直徑30mm臺階根處開裂，造成工件報(bào)廢。

分析認(rèn)為，零件尖角處加熱溫度高，易出現(xiàn)過熱，而且尖角處熱應(yīng)力和組織應(yīng)力大，開裂危險(xiǎn)性大；另一方面，工件的比功率越大，加熱速度越快，工件加熱時(shí)間越短。

工件加熱時(shí)，上下溫差大，上部尖角處溫度高，工件水淬前預(yù)冷使活塞下部溫度較低，因而淬火硬度不足，造成工件硬度不均勻；如預(yù)冷時(shí)間短，工件上半部易開裂；另一方面，工件加熱高度約為感應(yīng)器多的3倍，加熱工件只淬火溫度則要加長加熱時(shí)間，導(dǎo)致工件淬裂。斷口分析表明，活塞裂紋呈橫向弧狀，斷口形貌為i灰白色，明顯粒狀結(jié)構(gòu)，有金屬光澤。裂紋多發(fā)生于尖角和直徑30mm孔根部。這事工件過熱。裂紋多發(fā)生在該處淬火中組織應(yīng)力和熱應(yīng)力疊加產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而是工件開裂。防止工件過熱和加熱時(shí)間過長，在設(shè)備功率等因素不變的條件下，可采取減少感應(yīng)器高度，以相對提高加熱工件的比功率；采用連續(xù)加熱和噴水冷卻方式。一方面加熱速度提高，一方面冷卻條件改善，從而避免了工件加熱時(shí)間過長和局部過熱弊端，取得明顯效果。