齿轮花键轴磨削裂纹缺陷通过中频淬火设备的淬火处理方法

齿轮花键轴是汽车传动机构的重要零件，其材料为18CrMnTi钢。采用中频淬火设备淬火热处理，淬火深度为1.1-1.6mm，硬度为58～64HRC。生产中发现，工件淬火后，磨削花键部位时产生裂纹，严重者造成工件失效报废。失效齿轮花键轴裂纹宏观检验发现，裂纹位于花键侧面沿高度延伸，在键长方向呈平行状分布。断口观察发现，裂纹沿残留奥氏体晶界体晶界延伸扩展。

分析认为，工件磨削时，主要呈负前角切削，花键侧面受到很大的拉应力，同时产生很高的磨削热，而18CrMnTi钢花键轴经过中频淬火后，区域Ms为130 -150℃，磨削热促使工件表面发生马氏体转变。淬火后，工件组织呈粗大孪晶马氏体，易出现显微裂纹，这种裂纹往往成为磨削裂纹的裂纹源。这样，一方面工件存在淬火粗大马氏体及显微裂纹，另一方面工件磨削后产生很大拉应同时磨削热诱发马氏体转变，使工件组织脆化并且应力加大，因而造成磨削中显微裂纹扩展形成磨削裂纹。渗碳层组织中碳化物导热性很差，其导热系数约为留奥氏体的一半，并且韧性低，这也是工件脆化和裂纹扩展迅速的促进因素。齿轮花键轴淬火后，2%坡度试样的硬度曲线中显示，工件内表面0.05-0.14mm区域出现“软带区”，这是由于表面残留奥氏体较多造成的；而且，工件表面残留奥氏体多将促使工件磨削表面温度升高。综上分析可知，要减少和预防工件磨裂缺陷，应减少残留奥氏体，细化工件马氏体和碳化物组织。为此，进行了不同淬火处理工艺处理及工件磨削工艺试验。

试验表明，残留奥氏体为3-5级时，磨削裂纹很易产生；而残留奥氏体为1-2级时，磨削进给量较大(0.08 -0.10mm) 也未出现磨裂。试验采用370℃淬火，马氏体分解，残留奥氏体转变为贝氏体。二次中频淬火设备淬火后，工件心部组织精细，渗层组织呈均匀细小的碳化物和微细马氏体及很少的残留奥氏体。工件组织细化优良，性能良好（硬度为61.SHRC)，未出现磨削裂纹，该工艺处理效果优良。试验工艺方案也可使工件组织细化，防止工件产生磨削裂纹。这两个试验工艺（方案）处理后的工件组织虽稍粗大些，但仍可达到磨削中防止出现磨削裂纹的效果。在生产中，根据产品、设备和工艺经济性等因素综合考虑，这两个工艺方案也是可行的。