十字銷是鐵路百噸起重機上的重要零件，其材料為20CrMnMo鋼。十字銷熱處理采用高頻淬火設(shè)備淬火處理。要求淬火深度為1. 6～1.9mm，柱面和端面硬度為61-65HRC。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，淬火后十字銷過渡區(qū)出現(xiàn)縱向裂紋，導(dǎo)致工件失效報廢。

檢驗發(fā)現(xiàn)，十字銷在高頻淬火設(shè)備淬火空冷后出現(xiàn)裂紋，裂紋部位在柱面過渡處，其徑向深度約1.0-1. 2mm，軸向發(fā)展至圓臺處，長約10 -30mm，平直走向，根部和端部呈鈍態(tài)形貌，其特征為縱向分布的表層裂紋。金相觀察發(fā)現(xiàn)，淬火層表層與次表層組織與硬度差異大。表層為黑色組織，厚約0.08 -0.12mm，硬度較低，外側(cè)主要是托氏體組織，內(nèi)側(cè)為貝氏體+少量托氏體；其貝氏體呈鋸齒狀沿晶界延伸分布至次表層，具有缺口效應(yīng)特征。次表層組織為粗大片狀馬氏體組織+少量殘留奧氏體，深度約1.2-1.4mm，這說明淬火層碳含量偏低。檢驗加熱表層殘留應(yīng)力表明，表層黑色組織受拉應(yīng)力作用，次表層外側(cè)與內(nèi)側(cè)殘留奧氏體差異使該部位呈拉應(yīng)力狀態(tài)。檢驗發(fā)現(xiàn)，表層0.02 -0.04mm區(qū)域存在嚴重晶界氧化和晶粒氧化缺陷，黑色組織的產(chǎn)生一方面受氧化作用，一方面受脫碳作用影響。工件在高頻淬火設(shè)備淬火后期和降溫階段滲劑不足是表層出現(xiàn)氧化脫碳和黑色組織產(chǎn)生的主要原因。

分析認為，工件高頻淬火設(shè)備淬火后期因滲劑滴量不足產(chǎn)生氧化脫碳，并使加熱層形成硬度低的黑色組織，其表層呈拉應(yīng)力狀態(tài)。當拉應(yīng)力大于黑色組織斷裂強度時，表層產(chǎn)生裂紋。十字軸柱面過渡區(qū)部位處于應(yīng)力集中處，其殘留拉應(yīng)力值最高，故該處最先萌生裂紋。另一方面，次表層外側(cè)亦呈拉應(yīng)力狀態(tài)，裂紋一旦萌生易于迅速延伸擴展，故裂紋呈縱向分布，走向平直，深度不大，約Imm左右；而軸向長度可長至數(shù)十毫米，這與裂紋形成時的應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力分布是相符合的。最后，在應(yīng)力集中的柱面過渡區(qū)產(chǎn)生表層開裂失效。根據(jù)以上分析，提出改進措施如下：(1)改進高頻淬火設(shè)備淬火工藝，增加淬火后期，尤其是降溫階段的滲劑滴量，以避免出現(xiàn)氧化脫碳和消除黑色組織。(2)降低出爐冷卻速度，以抑制馬氏體相變，防止開裂現(xiàn)象發(fā)生。