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关于齿链轮毂淬火裂痕分析与预防

齿链轮毂是各种工程机械后桥箱内的广泛应用的最终传动部件。齿链轮毂在工作时不仅要承受较大的传递转矩和力，并且其工作环境一般都比较恶劣。因此这就需要齿链轮毂具有非常优良的性能，齿链轮毂的淬火热处理是保证其质量的关键所在。
齿链轮毂广泛应用于各种农用、工程机械的后桥箱内，位于动力传递的最终传动部位。常规传动为发动机传出动力经过液力变矩器传到制动总成，然后经过一级、二级齿轮减速传递到齿轮毂上，齿轮毂通过花键与链轮毂配合，将动力传递给链轮毂。最终链轮毂将动力传递到链轮上带动履带板行走。像推土机一样的工程机械其作业环境较为复杂，行走于山石、沙漠、沼泽等恶劣环境中，在作业过程中齿链轮毂要传递较大的转矩动力。不仅齿链轮毂整体需要较高的综合力学性能，同时花键部要具有较高的耐磨性能，因此齿链轮毂的热处理质量直接影响到终传动核心产品的质量。

通过研究发现齿链轮毂裂痕的产生主要与产品的制定结构、材料的合金成分、热处理工艺温度、淬火方式及淬火冷却介质类型等方面有着直接的关系。选用2H钢，热处理工艺为840℃保温2h水淬，采纳高温回火后发现批量性裂痕，该裂痕型态为沿连接盘纵向劈裂式开裂，且裂痕延伸较长。齿链轮毂各种调质裂痕

齿链轮毂产生裂痕的原因包括材料成分、工件产品制定结构、加热炉内温度不均匀、淬火冷却介质选择不当、合金元素超标的影响、铸造缺陷等。
材料成分及合金元素的含量是造成淬火裂痕的重要因素之一，含碳量〔质量分数〕在0.45%～0.55%之间，Ac3线会出现一个陡降的低谷。2H钢碳含量〔质量分数〕在0.40%～0.47%之间，假设含碳量在下限0.40%～0.45%之间，宜采纳工艺上限温度淬火。假设含碳量在上限处于Ac3线的陡降低谷区间，假设采纳加热上限易造成淬火裂痕，该种状况宜采纳工艺下限温度淬火。当然采纳日本2H钢含碳量处在Ac3低谷区间的状况相对较少，但在生产上是造成淬火裂痕的原因之一，不容忽视。
目前调质淬火加热炉多数采纳箱式电阻炉和台车炉，由于密封性相对较差，在加热过程中炉门口温度相对炉膛内部有一定的差别，超过15℃以上就会对炉内工件有影响。由于靠近炉门口的工件温度相对其他工件温度较低，在出炉淬火过程中造成应力不均，极易造成淬火裂痕。
不同材质的DI值不同，淬火过程中温度和淬火冷却介质的合理选择至关重要。即使同种材料，其合金成分不同，加热温度和淬火冷却介质也应慎重选择。依据服役条件要求轮毂采纳2H钢材的DI值在50～70m m，温度采纳工艺下限，采纳水淬，如果温度过高可造成晶粒粗大，淬火应力较大，造成淬火裂痕。
合金元素的超标问题也是引起齿链轮毂裂痕的一大主因。近年来，由于B超标引起的批量裂痕时有发生，属于微量元素的B就可成倍地增加钢的淬透性，同时B还有促使晶粒长大的倾向。B超标的原料主要来源于像链轨节之类含B量较高的下脚料。某链轮毂采纳820℃，保温105m i n，水淬搅拌，高温回火，由于材料中含超量的B元素〔经化验B含量在超过要求上限〕导致裂痕。后经调整工艺采纳870℃，保温2h，搅拌油冷，压力为0.22M P a2，高温回火后，同样出现裂痕。经检测，在距表面22m m〔心部〕为马氏体+少量铁素体组织，硬度58.5HRC，显然心部已淬透。
齿链轮毂在进行调质淬火前的原始组织对淬火裂痕有很大的影响。调质淬火前如果没有正确的预备热处理工序或遗漏，很易造成淬火裂痕。工程结构钢在铸造冷却后往往有晶粒粗大、偏析、成分不均匀等不利因素的存在，如果未进行预备热处理，淬火后将得到晶粒粗大的马氏体，造成脆性增加。成分的不均匀性将导致淬火应力的不均匀，大大增加了淬火裂痕的倾向。铸造过程中由于型砂原因或操作不当容易造成砂眼；由于排气不畅，水分过多等因素容易造成气孔的形成。另外，还有疏松、偏析、裂痕等缺陷都是引发淬火裂痕产生的直接根源。

采纳亚温淬火 例如关于由2H材质铸造的齿链轮毂，在调质淬火时采纳亚温淬火工艺，采用工艺下限温度保温时间应据齿链轮毂的型号尺寸确定，淬火水温控制在25～40℃进行淬火。回火时应避免二次硬化现象。该温度恰好处于Ac3四周，可保留部分未溶铁素体，同时亚温淬火可细化奥氏体晶粒。冷却后得到马氏体晶粒度也较细小，从而减少内应力，可有效防止裂痕的产生。
淬火时采纳预冷淬火，或采用保护措施对结构制定复杂，存在凹槽、工艺孔、壁厚制定在危险尺寸范围内的齿链轮毂，出炉淬火时采纳预冷淬火，可防止淬火裂痕的发生，预冷时靠肉眼观测到复杂结构处或工件表面处于暗红状态〔此时温度约在Ac3线〕时可浸水淬火。必要时可减少搅拌水泵，降低淬火的冷却能力。另外，在凹槽、工艺孔处采纳耐火泥、胶泥等封堵，也可减少淬火裂痕的产生。
制定时避免复杂结构危险尺寸的制定 避免在2H钢的最大淬火临界直径D0之间制定工件；关于一些工艺油孔可在铸造后再机加工出来；应力集中的部位应增大圆角。〔5〕调质前保证工件已进行预备热处理 铸件预备热处理尤为重要，浇注后材料的组织往往存在晶粒粗大、偏析等成分不均现象，淬火过程中极易造成裂痕。
本文主要针对材质为2H钢的链轮毂的淬火裂痕、产生原因、预防三方面展开了论述，关于齿链轮毂裂痕在制定时应合理的制定其结构，尽量避免复杂结构的出现；还需要减少结构突变或采用圆滑过渡。2H钢材料中最易超标的合金元素为B，控制B元素的含量可有效防止齿链轮毂裂痕的产生。对易裂的齿链轮毂可采用预冷淬火，或减少搅拌水泵的开起数量。采纳略低于Ac3的亚温淬火工艺，可有效防止裂痕产生。