大尺寸OG18逆止器内圈键槽裂纹分析知识

大尺寸OG18逆止器内圈键槽裂纹分析知识

经我公司渗碳淬火处理的大尺寸OG18逆止器内圈，在后序精车内孔端面、磨削外圆面后，线切割内孔键槽过程中产生裂纹，导致内圈报废，造成一定的经济损失。本文通过对内圈各工序加工过程的分析、说明，判断内圈加工键槽开裂的原因，采取相应的措施，避免了同类零件再产生键槽裂纹的失效。

内圈的工艺流程及加工过程的键槽开裂说明

内圈宏观形貌见图1。

工艺流程为：锻造毛坯→正回火→粗车→渗碳→半精车（去碳层）→淬火回火→精车→磨外圆→线切割键槽→成品，在内圈加工的最后一道序即线切割内孔键槽过程中，在线切割加工键槽最后一个面时，与前一加工面交接处的底部直角处出现裂纹，并扩展到端面，见图2、图3。同批3件内圈均出现同样状态的裂纹失效，全部报废。

图2

图3

裂纹原因讨论及分析

逆止器内圈材料为20CrMnMo，技术要求最大直径外圆面渗碳淬火硬度为58～62HRC，淬硬层深3～5mm。由于内圈渗碳淬火面为较大壁厚的外圆面，采用常规油冷工艺淬火，渗碳面硬度仅为45～50HRC，不能达到技术要求。

为此采用水淬油冷双液淬火工艺，渗碳的外圆面淬火硬度达到技术要求下限57～58HRC，去掉碳层的内孔面硬度达到40～50HRC。由于内孔面硬度偏高，后续键槽采用线切割加工。采用水淬油冷工艺淬火的前两批次OG 14、OG 16小尺寸内圈，线切割内孔键槽成品后，未出现任何开裂质量问题。OG14内圈轮廓尺寸为：Φ490mm×Φ240mm×290mm，键槽长度为290mm；OG16内圈轮廓尺寸为Φ560mm×Φ240mm×360mm，键槽长度为360mm；而出现键槽开裂的本批次OG18内圈轮廓尺寸为Φ640mm×330mm×455mm，键槽长度为455mm。

可以看出：出现开裂的OG18内圈渗碳淬火面积及键槽尺寸有较大增加。加工键槽的尺寸越大，其基体的强度越低，在线切割键槽最后一个面时出现裂纹，是因为键槽已切断的两个面，为应力集中的缺口，导致基体强度明显降低，当内圈所受的应力大于基体本身抵抗脆断的强度时，就会发生断裂。而导致内圈键槽开裂的应力为多种应力的叠加，即渗碳淬火后的残余应力；渗碳后加工内孔、端面及淬火后加工内孔等的切削加工应力；线切割加工时的应力等。

由于OG18内圈渗碳淬火的面积、壁厚较大，采用水淬油冷的双液淬火，需增加水冷、油冷时间，强化冷却，势必增大淬火后的残余应力；内圈尺寸越大，渗碳后去碳层等半精加工的切削加工量越大，使其切削加工应力越大；内圈键槽尺寸越大，线切割应力也越大。基体强度低，应力大， 当然就易开裂。较大的综合残余应力及较低的基体强度是内圈线切割键槽开裂的主要原因。

改进措施

对于重新生产的OG18大尺寸内圈补件，采取降低综合应力的工艺措施，即在原工艺淬火后一次回火的基础上再增加2～3次长时间回火，后序线切割键槽至成品，再未发生键槽开裂的失效报废质量问题。采取强化回火的工艺措施，增加渗碳淬火后回火次数、回火时间，使其充分释放渗碳、渗碳后加工、加工后淬火的残余应力，即尽可能降低了切取键槽时的综合应力，从而降低了内圈开裂的敏感性。