某廠有一批特大型四列圓柱滾子軸承中擋圈磨加工后，在探傷工序發現批量性裂紋，該中擋圈材料為GCr15SiMn鋼，尺寸大小為：700mm×90mm，其加工工藝過程為：?300mm棒料入廠超聲波探傷→鋸切→鍛造成型→球化退火→車削加工→熱處理→磨削加工→熒光探傷→裝配。產品追溯過程中發現在熱處理工序及磨削加工工序檢查時均發現端面有裂紋。筆者通過對該中擋圈進行檢驗與分析，討論了裂紋產生的原因及改進措施，為進一步避免類似缺陷的再發生提供參考和依據。
1.理化檢驗
（1）宏觀檢驗
中擋圈在熒光探傷工序發現裂紋，觀察裂紋位于中擋圈端面，呈線狀并多沿圓周方向分布，裂紋長短不一，最長約20cm，其宏觀形貌如圖1所示；且在端面發現有明顯的車刀花，制成金相試樣，檢測其深度約0.05mm，如圖2所示。
（2）化學成分分析
在中擋圈裂紋處進行取樣，大小為15mm×15mm×15mm。采用直讀光譜儀檢驗化學成分，其結果見表1。該材料的化學成分除Ti元素超出標準外，其余元素均符合GB/T 182454—2002標準要求。
表1 中擋圈的主要化學成分 （%）
項目 | C | Mn | Si | Cr | Mo | P | S | Ni | Cu | Ti |
實測值 | 0.94 | 1.11 | 0.45 | 1.43 | 0.08 | 0.017 | 0.001 | 0.14 | 0.10 | 0.015 |
標準值 | 0.95～1.05 | 0.95～1.03 | 0.45～0.75 | 1.40～1.65 | ≤0.10 | ≤0.025 | ≤0.025 | ≤0.230 | ≤0.25 | ≤0.005 |
（3）非金屬夾雜物檢驗
在裂紋部位制取金相試樣后，在光學顯微鏡下觀察，其非金屬夾雜物級別依據材料標準GB/T 18254—2002評定，結果如表2所示。
表2 中擋圈非金屬夾雜物評定
項目 | A | B | C | D | Ds | |||||
粗細 | 細系 | 粗細 | 細系 | 粗細 | 細系 | 粗細 | 細系 | 粗細 | 細系 | |
中擋圈 | 0 | 0.5 | 0 | 0.5 | 0 | 0.5 | 0 | 0.5 | 0 | 1.5 |
標準值 | ≤2.5 | ≤1.5 | ≤2.0 | ≤1.0 | ≤0.5 | ≤0.5 | ≤1.0 | ≤1.0 | ≤1.0 | ≤1.0 |
（4）金相檢驗
制取金相試樣后在光學顯微鏡下觀察，可見裂紋呈撕裂狀，大致垂直于擋圈表面，尾部尖細，其內未發現氧化皮，裂紋內部及其附近局部有非金屬夾雜物，裂紋深淺不一，深度最深約11mm，其局部形貌如圖3所示。
采用4%（體積分數）硝酸酒精溶液侵蝕試樣后在顯微鏡下觀察，裂紋兩側未發現脫貧碳及燒傷現象。觀察金相組織發現裂紋附近有明顯大塊狀液析碳化物，依據JB/T18254—2002標準第九級別圖評定，液析級別為2.5級（標準規定≤2.5級），其形貌如圖4中箭頭所示。而金相組織為馬氏體組織，級別為2級，不存在過熱現象，產品硬度檢驗為58～59HRC，符合技術要求。
（5）斷口觀察
沿裂紋方向砸制斷口，其斷口形貌如圖5所示，低倍觀察，斷口表現為脆性斷口，裂紋由刀花底部向心部擴展，并在后續擴展中大致與車刀花方向一致。
2.分析討論
由于車刀花過深，會引起套圈熱處理過程中應力分布不均，在淬火冷卻過程中，極易沿車刀花應力集中部位開裂。
由上面的內部質量檢測可知，雖然中擋圈材料的化學成分滿足相關標準要求，但其非金屬夾雜物D細系超過標準要求，且裂紋周圍存在著非金屬夾雜物DS的顆粒偏大；由于該類夾雜物屬于脆性夾雜物，與基體的膨脹系數相差較大，容易造成應力集中，若該類夾雜物處于中擋圈次表層，熱處理過程中可能成為裂紋萌生源[1-4]。而金相檢驗組織也接近工件的次表面。由于碳化物液析的存在與脆性夾雜物對基體的影響相似，在很大程度上隔離了基體的連續性，造成應力集中，極易成為裂紋萌生源[5-6]。因此，該批量裂紋的產生主要原因與原材料的超標有很大關系。
由于原材料非金屬夾雜物D類超標，且裂紋區域存在偏大的顆粒非金屬夾雜物D類，加上裂紋附近有大塊狀液析，破壞了基體的連續性，以上因素的共同作用，致使套圈在熱處理淬火冷卻過程中，于材料缺陷區域產生較大的淬火應力超過材料的強度而導致開裂。
3.結論及建議
該中擋圈端面圓周方向的淬火裂紋，是由于套圈車刀花過深及原材料缺陷，破壞了基體的連續性，使得熱處理過程中在刀花底部產生應力集中，從而產生此類裂紋。
建議在原材料進廠檢驗時，應嚴格按照標準加強進廠檢驗；車加工過程嚴格按照工藝規程操作，控制車工件的表面質量，降低套圈表面應力集中，避免此類非熱處理原因導致的淬火裂紋發生。
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