摘　要：对45钢制汽车拨叉在淬火过程中出现的裂纹，运用断口分析法和裂纹分析法找出了裂纹形成的原因，通过改进淬火工艺解决了拨叉的淬火开裂问题。

关键词：淬火裂纹；断口分析法；淬火工艺

1　引言

拨叉是汽车变速系统中的关键零件之一，起着变换车速、改变方向的重要作用。该拨叉材料为45钢，在冲击及磨损的条件下服役，因此，要求拨叉具有高的耐磨性和冲击韧度，以及一定的强度和硬度。其热处理工艺为正火+淬火+中温回火，但在实际生产中，废品率极高，达到了40%以上，主要是淬火裂纹。针对淬火过程中出现的裂纹问题，我们进行了分析研究。

2　技术要求

(1)硬度：45～50HRC。

(2)金相组织：较均匀的屈氏体，允许有少量断续网状分布的铁素体。

3　原生产工艺

下料—锻造—正火—淬火—中温回火(如图1)。

4　断口分析

淬裂的拨叉如图2所示；图3为从淬裂拨叉上截取的试样，可以看出裂纹是弧形。裂纹沿轴向分布扩展，由工件表面裂向心部，在工件表面呈弧形，长约3cm。裂纹起源于表面，向内部曲折延伸、扩展，深约4mm(见图4)；表面无脱碳现象，基体上出现了许多黑色颗粒，说明含有少量的非金属夹杂物。裂纹宽度不断减少，并在裂纹末端呈尖锐状，裂纹走向弯曲，其两侧非常耦合，这是典型的淬火裂纹的特征。

5　关于裂纹形成过程

5.1　经分析，拨叉的化学成分符合要求，见表1。

5.2　在理论上，普遍认为淬火裂纹是由于内应力，即组织应力和热应力的叠加，超过材料的断裂极限造成的。

5.2.1　淬火时的组织应力

如图6所示，零件为槽型结构，将工件加热到825℃保温后水淬时，由于外侧面与水首先接触，冷速很大，温度下降快，形成很大温差；而内侧面在很短的时间内冷却介质升温快，温差小，冷速就小。由于内外冷却速度的不均匀，必然引起相变的不同时，发生了马氏体相变的外侧面，因其体积膨胀，对内侧面未转变奥氏体施加拉应力，而其本身因内侧面的限制受压应力，在工件内侧形成较大的拉应力，在工件外侧形成一定的压应力，加之组织中出现一些杂质，形成了裂纹源，内侧面在拉应力作用下，很容易产生裂纹；从裂纹扩展的途径上有许多被撕裂的金属氧化物这一点不难看出，裂纹是由于淬火工艺不当而形成的热烈纹[1][2]。

5.2.2　淬火时的热应力

热应力是由于在加热或冷却过程中存在温差而产生的热胀冷缩的不一致所造成的。该零件在淬火时，外侧面冷却速度快，而内侧面所接触的淬火液，因体积小而升温快，使得内侧面比外侧面冷却速度慢，最终在内侧面上形成一定的拉应力。这样零件在冷却前后受到较大的热应力作用，产生了塑性变形，使奥氏体在Ms点以上发生马氏体转变，这部分硬而脆的马氏体不仅数量少，而且分布在应力集中的缺陷和晶界上[4]。这在以后的塑性变形及应力转换过程中极易与组织应力叠加而产生裂纹。

6　淬火工艺改进

原工艺在淬火过程中，是将工件直接浸入水中，由于工件系槽型结构，内外散热不均，形成了组织应力和热应力，造成开裂，这与淬火方法不当有关。经过改进淬火方式，即在淬火时，使工件沿如图7箭头所示方向在淬火介质中来回移动或不停地搅动淬火介质，可避免裂纹产生。结果证明，工件在以后的淬火过程中再没有出现裂纹，从而提高了产品合格率。

7　结论

(1)拨叉在淬火时，内、外冷却不均匀，导致在内侧面形成了较大的拉应力，加之组织中存在某些杂质，形成了裂纹源，从而发生淬火开裂。

(2)拨叉内侧面形成的较大拉应力，主要是由于淬火操作不正确而造成的。

(3)通过淬火方式的改进，使工件沿如图7所示的箭头方向在淬火介质中来回移动或不停地搅动淬火介质，可避免裂纹产生。