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GCr15鋼制行星輪軸在使用過程中以及精磨過程中出現(xiàn)周向或環(huán)狀裂紋，個別零件裂紋貫穿表面。該批零件生產(chǎn)工藝流程為：棒材下料→球化退火→鍛造成型→機械加工→熱處理淬火、回火→機加精磨外圓→成品→清洗→防銹。熱處理要求為：硬度60～66HRC，熱處理淬火加熱所用設(shè)備為井式淬火爐，型號為RJJ-75-9D，所用工裝為自制工裝，每爐裝載量90件，加熱溫度850℃，保溫時間120min，煤油滴量為20～40滴/min（防止脫碳），淬火介質(zhì)為30#機油。油淬后以75℃熱水清洗并回火，回火所用設(shè)備為井式回火爐，型號為RJJ36-6，回火溫度為180℃，回火保溫時間120min。在裝配過程及精磨外圓過程中，部分行星輪軸出現(xiàn)裂紋，本文就此進行失效原因分析。1.討論與分析（1）宏觀斷口形貌圖1為行星輪軸示意，圖2為失效零件。通過觀察發(fā)現(xiàn)，失效斷口平行于工件周向，斷面平齊，屬于脆性斷裂。根據(jù)撕裂棱特征判斷裂紋走向，發(fā)現(xiàn)斷口存在多個裂紋源，位置在工件表面沿周向分布。（2）探傷檢驗對失效的行星輪軸以及成品庫房待用零件進行磁粉探傷檢驗，發(fā)現(xiàn)工件表面存在不同程度的裂紋，如圖3所示。圖3a裂紋成龜甲狀，圖3b裂紋方向沿周向平行擴展，且垂直于磨削方向。（3）硬度分析對失效零件進行硬度分析，如圖4所示，沿箭頭方向分別為1、2、3、4、5、6測試點，對零件不同位置進行硬度分析的結(jié)果如表1。表1結(jié)果說明，經(jīng)過冷加工磨削后零件表面硬度值均勻且偏上限，符合零件硬度要求。零件橫切面硬度最低點為48HRC，說明零件已淬透。表1零件不同位置的硬度值測試位置硬度HRC邊緣1邊緣2心部3心部4邊緣5邊緣6橫切后端面616050485558零件表面656465646565（4）化學(xué)成分分析對行星輪軸的化學(xué)成分進行檢驗，結(jié)果見表2，其化學(xué)成分符合GB/T18254-2002《高碳鉻軸承鋼》的要求。表2 GCr15鋼化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）元素CSiMnCrPSNiCuGB/T18254-2002標(biāo)準(zhǔn)要求0.95～1.050.15～0.300.25～0.451.4～1.65≤0.025≤0.025≤0.3≤0.25測定值1.010.280.301.540.0140.0190.210.19（5）夾雜檢測在裂紋集中處切取一段制成金相試樣，按GB/T18254-2002《高碳鉻軸承鋼》進行非金屬夾雜檢測，結(jié)果見表3，由表3可知，行星輪軸材料所含非金屬夾雜物均符合GB/T18254-2002《高碳鉻軸承鋼》標(biāo)準(zhǔn)的要求。表3 行星輪軸非金屬夾雜物檢測結(jié)果非金屬夾雜物類型GB/T18254-2002標(biāo)準(zhǔn)要求實測結(jié)果細(xì)系粗系細(xì)系粗系A(chǔ)2.51.51.50.5B2.01.000C0.50.500D1.01.00.50.5（6）金相組織觀察表層裂紋及形貌：在對失效零件進行金相分析時，發(fā)現(xiàn)了許多由表面向內(nèi)延伸的表面裂紋，裂紋長度在0.15～0.20mm之間，裂紋垂直于表面向內(nèi)延伸，見圖5。裂紋末端尖銳，沿晶界擴展，且裂紋兩側(cè)無氧化、無脫碳。圖5裂紋形貌曲折、間斷，而且裂紋體的有些部位出現(xiàn)了分叉現(xiàn)象，說明淬火時存在較大的內(nèi)應(yīng)力（包括組織應(yīng)力和熱應(yīng)力）。觀察表層裂紋附近的金相組織，如圖6所示，圖中組織為細(xì)針狀馬氏體以及隱針馬氏體，未溶解的碳化物顆粒以及少量的殘留奧氏體。正常馬氏體應(yīng)該是隱針狀馬氏體和少量細(xì)針狀馬氏體，均勻分布的細(xì)小碳化物顆粒以及少量的殘留奧氏體組織。圖6均顯示馬氏體針較明顯且粗大，說明在熱處理過程中有過熱的傾向。對試樣使用50%的鹽酸溶液進行熱酸蝕，使表面裂紋顯示的更明顯，酸洗后的表面情況如圖7所示。由圖可知，行星輪軸表面有多條裂紋，呈現(xiàn)出與磨削方向垂直的平形狀分布。2.結(jié)果分析（1）裂紋產(chǎn)生的原因斷口的形貌分析及金相觀察說明,零件表面的裂紋多起源工件表面,且裂紋兩側(cè)無氧化脫碳現(xiàn)象,說明這些表面裂紋產(chǎn)生于淬火冷卻時或冷卻后。本批行星輪軸均為GCr15高碳合金鋼制造的薄壁零件,淬火時已淬透，因馬氏體與奧氏體比容的差異以及奧氏體、馬氏體與碳化物熱膨脹系數(shù)的巨大差異,加之零件存在的過熱傾向，淬火時勢必產(chǎn)生較大的淬火應(yīng)力，由于心部的馬氏體相變落后于表面,且馬氏體比容大于奧氏體,因此增大了零件表面的拉應(yīng)力,促使表層的張開型淬火裂紋向里擴展。（2）磨削裂紋的確定磨削裂紋是零件在淬火后精磨時,由于磨削表層的局部內(nèi)應(yīng)力(由淬火應(yīng)力和磨削力共同決定)超過了材料的斷裂極限而產(chǎn)生的局部裂紋。磨削裂紋一般呈細(xì)密的且與磨削方向垂直的直線狀分布，或以龜甲形狀出現(xiàn)。雖然形態(tài)會有所不同，但磨削裂紋一般均存在于磨削表面較淺的范圍內(nèi)。本試驗所觀察到的表面裂紋大多起源于零件的磨削面，且裂紋較淺，在無損探傷檢驗以及熱腐蝕后，表面裂紋形貌均符合磨削裂紋形貌情況。在零件磨削過程中，磨削應(yīng)力改變了零件內(nèi)部高應(yīng)力的分布狀態(tài)，使心部靠外區(qū)域中原來的壓應(yīng)力變?yōu)槔瓚?yīng)力,從而促進該處裂紋的萌生和擴展，所以裂紋雖屬于磨削裂紋，但不是開裂的根本原因，磨削只是促進了淬火裂紋的擴展,最終導(dǎo)致了零件的磨削開裂。3.結(jié)語（1）該批GCr15鋼制行星輪軸的開裂失效雖然發(fā)現(xiàn)于磨削工序,但磨削并不是零件開裂的根本原因，尖銳的機加工刀痕只是加劇了淬火應(yīng)力的集中，促進了裂紋的擴展。（2）零件加熱時的過熱敏感性,增大了淬火裂紋的萌生幾率,致使行星輪軸在較大的淬火應(yīng)力下產(chǎn)生了表面裂紋。同時,淬火后未及時回火以及回火不充分,使零件長時間處于高應(yīng)力狀態(tài),促進了淬火裂紋的擴展。4.改進措施根據(jù)上述分析，采取了以下幾點改進措施,基本消除了GCr15鋼行星輪軸的開裂現(xiàn)象：（1）加強原材料的檢驗,確保其成分、組織及各種缺陷在標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍內(nèi)?？刂魄蚧嘶鸺板懺旃ば?，保證淬火前的組織正常。（2）提高淬火前零件的表面光潔度,消除尖銳的機加工刀痕；淬火加熱時,控制裝爐量,避免溫度過高或時間過長，以免發(fā)生較嚴(yán)重的氧化、脫碳；零件遇不合格返修時，必須經(jīng)過退火消應(yīng)力。（3）改變回火工藝，將原回火時間120min延長至180min。
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