■ 劉美娜，趙燕堂，張英超，張龍臣

1. 概述

引導(dǎo)輪屬推土機(jī)和挖掘機(jī)的底盤件，起到引導(dǎo)履帶和與張緊裝置配合使履帶張緊和松弛，因推土機(jī)和挖掘機(jī)的使用工況惡劣，為了提高引導(dǎo)輪的使用壽命，常采用感應(yīng)淬火的方式在與鏈軌接觸的引導(dǎo)輪表面進(jìn)行熱處理，通過獲得足夠的硬度和硬化層來提高耐磨性。引導(dǎo)輪的輪體的生產(chǎn)方式包括鑄造式、焊接式、鍛造式，鑄造毛坯因近乎成形的完成很多復(fù)雜結(jié)構(gòu)，而達(dá)到免機(jī)械加工或少量加工的目的，降低了成本，提高了效率，所以在工程機(jī)械行業(yè)很多產(chǎn)品使用鑄造毛坯的生產(chǎn)方式。我公司生產(chǎn)的一種小噸位引導(dǎo)輪采用鑄造式，其生產(chǎn)流程包含：引導(dǎo)輪體鑄造→粗加工→中頻感應(yīng)淬火→低溫回火，在中頻感應(yīng)淬火后常出現(xiàn)批量的裂紋問題，裂紋率達(dá)到37.3%，廢品率高，影響生產(chǎn)進(jìn)度，提高了生產(chǎn)成本，因此通過對裂紋的研究分析，提出改進(jìn)對策，以減少裂紋的產(chǎn)生，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

2. 裂紋原因調(diào)查

小噸位鑄造引導(dǎo)輪在感應(yīng)熱處理后的裂紋形貌如圖1所示，采用熒光磁粉探傷儀對小噸位鑄造引導(dǎo)輪進(jìn)行檢測時，發(fā)現(xiàn)在引導(dǎo)輪的淬火區(qū)產(chǎn)生裂紋，熒光照射裂紋清晰可見。因其危害性及批量性，我們立刻展開了調(diào)查。

（1）熱處理硬化層分析 圖2是小噸位鑄造引導(dǎo)輪體的熱處理要求及剖切塊腐蝕形貌，剖切后硬化層深檢測結(jié)果如下：

A:6～7mm；B:3～4mm；C:0；D:4～5mm；E:6～8mm，表面硬度為53.5HRC，均在熱處理技術(shù)要求范圍內(nèi)，此項(xiàng)為非要因。從熱處理加熱和剖切的硬化層深方面判斷不存在引導(dǎo)輪體過熱和不符合熱處理技術(shù)要求的問題。

（2）化學(xué)成分、組織及晶粒度調(diào)查 小噸位鑄造引導(dǎo)輪采用的材料是SCSiMn2H ，檢驗(yàn)化學(xué)成分如附表所示，其DI值在要求的中限，化學(xué)成分合格。硬化區(qū)組織為回火馬氏體7級（見圖3），硬化區(qū)組織的晶粒度為7～8級，基體區(qū)組織為珠光體+鐵素體，晶粒度為7級，組織及晶粒度合格。

圖1 鑄造引導(dǎo)輪體裂紋形貌

圖2 引導(dǎo)輪體的熱處理要求及剖切塊腐蝕形貌

（3）裂紋金相分析 對小噸位鑄造引導(dǎo)輪體裂紋區(qū)進(jìn)行剖切后進(jìn)行金相分析，如圖4、圖5所示。裂紋分布在鑄造引導(dǎo)輪體的斜面及變截面的圓弧處，在變截面處產(chǎn)生的裂紋主要是由于鑄造外形時存在尖角，修磨不光滑，感應(yīng)淬火時存在應(yīng)力集中。

從圖4可知，主裂紋為一條，深度達(dá)到6mm，微裂紋多處或分叉，呈鋸齒狀分布，為沿晶裂紋，尾部不連續(xù)，判定為熱處理誘發(fā)鑄造缺陷生成裂紋。輪體的表皮下存在鑄造缺陷，經(jīng)化學(xué)成分檢驗(yàn)此處存在成分偏析，鑄造縮松缺陷會形成應(yīng)力集中，降低鋼的強(qiáng)度。鑄造引導(dǎo)輪在淬火時的組織狀態(tài)變化會使斷裂抵抗能力發(fā)生變化，在加熱到奧氏體狀態(tài)后快速冷卻到馬氏體轉(zhuǎn)變開始溫度之前，由于沒有發(fā)生組織的轉(zhuǎn)變，所以只有熱應(yīng)力，一般不會產(chǎn)生裂紋，但是當(dāng)冷卻到Ms點(diǎn)以下時，就會發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，由奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，整個組織轉(zhuǎn)變過程伴隨著體積膨脹，在淬火過程中，固態(tài)的體積膨脹，產(chǎn)生第二類畸變，導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生，當(dāng)內(nèi)應(yīng)力大于鋼的屈服強(qiáng)度時會發(fā)生變形，而超過鋼的抗拉強(qiáng)度時就會產(chǎn)生淬火開裂。由于鑄造缺陷的存在使引導(dǎo)輪在淬火過程中比較薄弱的鑄造缺陷處無法抵抗此內(nèi)應(yīng)力造成淬火裂紋，又因鑄造缺陷的不均勻性和不連續(xù)性，導(dǎo)致最終的裂紋形態(tài)是斷續(xù)的，呈階梯狀延伸。

輪體的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

圖3 馬氏體組織（400X）

圖4 引導(dǎo)輪體裂紋宏觀形貌

圖5 裂紋微觀形貌（100×）

綜上所述，造成小噸位鑄造引導(dǎo)輪中頻感應(yīng)淬火后產(chǎn)生裂紋的主要原因，是鑄造毛坯變截面處的圓弧存在尖角和內(nèi)部鑄造缺陷造成的應(yīng)力集中，導(dǎo)致無法抵抗感應(yīng)淬火的組織應(yīng)力及熱應(yīng)力。

3. 改善及分析

為了解決鑄造毛坯變截面處的圓弧存在尖角和內(nèi)部鑄造缺陷導(dǎo)致的中頻感應(yīng)淬火后裂紋問題，我們聯(lián)合鑄造廠家進(jìn)行了以下3個方面的改善。

（1）防止鑄造缺陷的產(chǎn)生 到鑄造廠家調(diào)查發(fā)現(xiàn)，裂紋的位置部分在冒口處。由于冒口冷卻速度慢，冒口和補(bǔ)貼比例小，補(bǔ)縮不足，產(chǎn)生縮松。通過調(diào)整冒口和補(bǔ)貼比例可減少鑄造縮松缺陷的產(chǎn)生。

（2）鑄造缺陷的修復(fù) 鑄造廠家對發(fā)現(xiàn)的鑄造缺陷進(jìn)行補(bǔ)焊，由于補(bǔ)焊時未預(yù)熱，焊后未及時進(jìn)行正火，導(dǎo)致補(bǔ)焊處在中頻感應(yīng)淬火時出現(xiàn)淬火裂紋。由于鑄造毛坯經(jīng)補(bǔ)焊后進(jìn)行粗加工，導(dǎo)致補(bǔ)焊位置不易識別，在淬火過程中由于應(yīng)力作用而出現(xiàn)裂紋問題，因而鑄造廠家調(diào)整補(bǔ)焊工藝，增加焊前預(yù)熱和焊后正火，以細(xì)化晶粒。

（3）模具檢驗(yàn) 按時對模具進(jìn)行定期檢驗(yàn)，保證鑄造毛坯的外形無尖角及毛刺，鑄件轉(zhuǎn)角處適當(dāng)增加鑄造圓角，避免模具上尖角位導(dǎo)致的應(yīng)力產(chǎn)生。

最后，對相關(guān)工藝文件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化及要求現(xiàn)場操作者按工藝進(jìn)行操作，檢驗(yàn)時增加MT磁粉檢測。經(jīng)改善后，小噸位鑄造引導(dǎo)輪的感應(yīng)淬火裂紋發(fā)生率大幅降到0.15%以下，改善效果明顯有效。