農(nóng)用S195柴油機(jī)QT600一3球墨鑄鐵凸輪軸是柴油機(jī)的重要零件，常采用高頻感應(yīng)退火機(jī)進(jìn)行熱處理。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，在凸輪軸排、進(jìn)氣表面產(chǎn)生裂紋，造成平均12%工件報(bào)廢，初步分析認(rèn)為，形成裂紋關(guān)鍵是由于熱處理工藝不當(dāng)，形成了粗大高碳片狀馬氏體，以及殘留奧氏體過(guò)多，回火不足等原因造成的。

宏觀檢查發(fā)現(xiàn)，在凸輪弧線和切面處發(fā)現(xiàn)微細(xì)龜狀裂紋，而在工件基圓處出現(xiàn)條狀裂紋，裂紋深約0.005-3.5mm,裂紋走向與砂輪磨削方向平行或呈一定角度。微觀形貌分析發(fā)現(xiàn)，表面裂紋大多起始于石墨球部位，形成穿晶或晶界裂紋，裂紋根部較寬，至尾端則呈尖細(xì)狀。殘留奧氏體測(cè)量表明，凸輪排氣部分殘留奧氏體過(guò)高，體積分?jǐn)?shù)達(dá)20.38%。金相組織觀察發(fā)現(xiàn)，工件進(jìn)、排氣部位淬火馬氏體粗大，部分區(qū)域馬氏體針間產(chǎn)生顯微裂紋，殘留奧氏體量高，同時(shí)工件中出現(xiàn)回火馬氏體、珠光體、回火索氏體和回火托氏體等回火不均勻組織，并且在失效工件中發(fā)現(xiàn)大塊磷共晶及碳化物缺陷組織。

分析認(rèn)為，工件由于加熱溫度過(guò)高導(dǎo)致奧氏體晶粒粗大，淬火后形成粗大高碳馬氏體。高碳粗大馬氏體脆性大，在馬氏體生長(zhǎng)中相互碰撞易產(chǎn)生顯微裂紋。工件在淬火中產(chǎn)生的組織應(yīng)力、熱應(yīng)力和和磨削中產(chǎn)生的磨削應(yīng)力等疊加。當(dāng)疊加應(yīng)力大于工件抗拉強(qiáng)度時(shí)，裂紋產(chǎn)生并擴(kuò)展。另一方面，凸輪軸殘留奧氏體過(guò)多，如回火不足，殘留奧氏體在磨削熱和磨削應(yīng)力作用下發(fā)生相變轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，因馬氏體體積脹大產(chǎn)生組織應(yīng)力，這種附加應(yīng)力也易引起磨削裂紋?；鼗鸩蛔慊蚧鼗鸩患皶r(shí)，工件裂紋將增多。工件放置時(shí)間從5min延長(zhǎng)至24h，裂紋增加約10%-30%；凸輪軸材料為球墨鑄鐵，球墨鑄鐵中近石墨球處Si含量高，C含量低，遠(yuǎn)離石墨處P、Mn含量高。Si含量高的區(qū)域Ms點(diǎn)高，因而馬氏體轉(zhuǎn)變先發(fā)生，P、Mn含量高的區(qū)域Ms點(diǎn)低，則后發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，形成兩微區(qū)域間復(fù)雜的應(yīng)力場(chǎng)。此外，在冷卻時(shí)，在100-200℃時(shí)球墨鑄鐵塑性低，在復(fù)雜應(yīng)力下，當(dāng)疊加應(yīng)力超過(guò)材料抗拉強(qiáng)度時(shí)，引起工件開(kāi)裂，裂紋從石墨處開(kāi)始，沿石墨邊界擴(kuò)展。因此，高頻感應(yīng)加熱表面淬火冷卻時(shí)間應(yīng)控制在工件表面層完成馬氏體轉(zhuǎn)變又不產(chǎn)生開(kāi)裂的時(shí)刻，即不應(yīng)淬透。當(dāng)表面溫度達(dá)250-300℃時(shí)，應(yīng)停止噴水冷卻，此時(shí)工件利用淬火余熱進(jìn)行自回火，又不會(huì)使工件產(chǎn)生裂紋和開(kāi)裂。

綜上所述，防止工件產(chǎn)生裂紋的改進(jìn)工藝如下：

(1)改進(jìn)感應(yīng)器尺寸。感應(yīng)圈內(nèi)徑由直徑53mm改為直徑50.5mm，利用改變磁通量控制工件3個(gè)凸輪處加熱溫度，使三者接近均溫，以獲得細(xì)小馬氏體針和少量殘留奧氏體組織；同時(shí)適當(dāng)降低感應(yīng)圈高度，由28mm降至23mm，以提高感應(yīng)器效率，節(jié)約電能。

(2)控制加熱功率。高頻感應(yīng)加熱機(jī)的輸出功率由78kW、加熱13s改為62kW、加熱9s，淬火后3個(gè)凸輪處馬氏體針細(xì)小，殘留奧氏體少。

(3)控制噴水時(shí)間。試驗(yàn)選定噴水時(shí)間為3.8-4.Os，使停噴溫度在300℃，保持1min，工件淬火后性能合格。

(4)改進(jìn)回火工藝。采用高頻感應(yīng)加熱機(jī)進(jìn)行回火熱處理，溫度為395-420℃，回火后組織為回火托氏體、回火索氏體和石墨。

本文簡(jiǎn)單介紹了S195球墨鑄鐵凸輪軸的高頻改進(jìn)工藝，許多廠家采用上述改進(jìn)工藝進(jìn)行熱處理，生產(chǎn)出來(lái)的工件質(zhì)量良好，滿足了工作需要，廢品率降至1.5%以下，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。