1 序言 

42CrMo属于高强度合金钢，具有较高强度和韧性，综合力学性能良好，淬透性高，且无明显的回火脆性，调质处理后有较高的疲劳极限、抗冲击性能，且低温冲击韧度良好，常用于制造要求具有一定强度和韧性的大中钢件。我公司选用42CrMo钢用于一种大型枢轴制造，工艺路线为：毛坯锻造→正火→粗加工→调质→精加工→感应淬火外圆→磨外圆。该枢轴结构如图1所示。

2 故障件概况 

枢轴在调质淬火时产生裂纹，位置处于枢轴根部与法兰过渡圆弧区，整体沿径向断裂并延伸至大端法兰处，枢轴整体裂开，裂纹形态及位置如图2所示。

该件的调质工艺为：840℃保温3h，出炉后油冷淬火，淬火时间30min，淬火油使用好富顿K油。该 种类型产品已生产多批次均未发现裂纹情况。为分析裂纹原因，针对裂纹工件在大端法兰处取样，对 化学成分、金相组织及裂纹进行分析。在法兰裂纹处取样（见图3）进行分析，

化学成分分析结果见表1，

金相组织如图4所示。

从分析结果可知，化学成分符合42CrMo钢技术要求；表面硬度实测为296HBW（符合要求值277～331HBW）；金相组织为回火索氏体，心部组织为回火索氏体+铁素体。工件裂纹为弧形裂纹，且裂纹两侧无脱碳现象，证明该处调质淬火前无裂纹，并未发现其他明细异常。理化分析人员依据试样判定为调质淬火时因应力过大而造成裂纹。

针对该问题，笔者分析认为，由于该件外形尺寸较大，取样困难，选取试样切取位置为较易取样区，该位置可能为裂纹扩展区，而不是裂纹起始位置，应进行进一步分析。由于枢轴未完全断裂，无法通过裂纹断口查找裂纹源。为进一步分析裂纹原因，拟采用切割方式割开工件查找裂纹源，火焰或等离子切割可能会对断裂位置产生影响，故采用线切割方式对故障件轴部过渡区处裂纹位置进行切割，切割至直径1/3处时，枢轴断裂成两段。

3 裂纹原因分析 

线切割后断口形态如图5所示。

断口心部呈现褐色，外部为正常金属色。心部褐色为非正常色，推断褐色可能为氧化所致。分析认为，该件调质淬火前心部应已存在裂纹，且裂纹形成后在后续的锻造、正火及调质时发生氧化，因此会呈现非正常的褐色。为验证这一判断，对褐色区域进行取样分析。试样从心部沿轴向切取，试样切取及处理后发现存在多处裂纹，且裂纹沿径向分布，如图6所示。

对试样进行分析发现，试样存在明显带状组织（4级），如图7所示。

裂纹沿带状组织方向分布，多条且大致平行，与锻造方向垂直。笔者分析认为，枢轴调质开裂前已存在裂纹，且裂纹存在于心部，表面无裂纹，调质时由于组织应力及热应力的影响而造成裂纹扩展，同时带状组织也有一定影响。因此，应进一步分析锻造过程是否存在锻造温度不足、锻造比不合理等问题。

为避免问题件流入市场，对在制品进行排查，使用超声波探伤机对全部在制品进行无损检测，发现2件异常，排查生产序列号显示，2件异常产品与裂纹故障件生产序列号显示为同一批锻造生产。为验证前期分析判断，对排查出的异常件沿轴向进行线切割，从切割面可明显看出，内部存在多条明细裂纹，并与锻造方向垂直，如图8所示。

经进一步验证，判断该裂纹是锻造过程中产生的。

4 结束语 

1）枢轴断裂的直接原因应为该件锻造过程中形成的锻造裂纹，该裂纹在调质淬火时扩展，同时带状组织的存在对裂纹也有一定影响。

2）故障分析时，应仔细查找裂纹源，取样位置不同对分析结果影响巨大，因此应仔细查找原因，从源头分析，避免方向错误。

3）应加强原材料入厂检测，避免问题件流入生产工序