農(nóng)用S195柴油機QT600一3球墨鑄鐵凸輪軸是柴油機的重要零件，常采用高頻感應退火機進行熱處理。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，在凸輪軸排、進氣表面產(chǎn)生裂紋，造成平均12%工件報廢，初步分析認為，形成裂紋關鍵是由于熱處理工藝不當，形成了粗大高碳片狀馬氏體，以及殘留奧氏體過多，回火不足等原因造成的。

宏觀檢查發(fā)現(xiàn)，在凸輪弧線和切面處發(fā)現(xiàn)微細龜狀裂紋，而在工件基圓處出現(xiàn)條狀裂紋，裂紋深約0.005-3.5mm,裂紋走向與砂輪磨削方向平行或呈一定角度。微觀形貌分析發(fā)現(xiàn)，表面裂紋大多起始于石墨球部位，形成穿晶或晶界裂紋，裂紋根部較寬，至尾端則呈尖細狀。殘留奧氏體測量表明，凸輪排氣部分殘留奧氏體過高，體積分數(shù)達20.38%。金相組織觀察發(fā)現(xiàn)，工件進、排氣部位淬火馬氏體粗大，部分區(qū)域馬氏體針間產(chǎn)生顯微裂紋，殘留奧氏體量高，同時工件中出現(xiàn)回火馬氏體、珠光體、回火索氏體和回火托氏體等回火不均勻組織，并且在失效工件中發(fā)現(xiàn)大塊磷共晶及碳化物缺陷組織。

分析認為，工件由于加熱溫度過高導致奧氏體晶粒粗大，淬火后形成粗大高碳馬氏體。高碳粗大馬氏體脆性大，在馬氏體生長中相互碰撞易產(chǎn)生顯微裂紋。工件在淬火中產(chǎn)生的組織應力、熱應力和和磨削中產(chǎn)生的磨削應力等疊加。當疊加應力大于工件抗拉強度時，裂紋產(chǎn)生并擴展。另一方面，凸輪軸殘留奧氏體過多，如回火不足，殘留奧氏體在磨削熱和磨削應力作用下發(fā)生相變轉變?yōu)轳R氏體，因馬氏體體積脹大產(chǎn)生組織應力，這種附加應力也易引起磨削裂紋?；鼗鸩蛔慊蚧鼗鸩患皶r，工件裂紋將增多。工件放置時間從5min延長至24h，裂紋增加約10%-30%；凸輪軸材料為球墨鑄鐵，球墨鑄鐵中近石墨球處Si含量高，C含量低，遠離石墨處P、Mn含量高。Si含量高的區(qū)域Ms點高，因而馬氏體轉變先發(fā)生，P、Mn含量高的區(qū)域Ms點低，則后發(fā)生馬氏體轉變，形成兩微區(qū)域間復雜的應力場。此外，在冷卻時，在100-200℃時球墨鑄鐵塑性低，在復雜應力下，當疊加應力超過材料抗拉強度時，引起工件開裂，裂紋從石墨處開始，沿石墨邊界擴展。因此，高頻感應加熱表面淬火冷卻時間應控制在工件表面層完成馬氏體轉變又不產(chǎn)生開裂的時刻，即不應淬透。當表面溫度達250-300℃時，應停止噴水冷卻，此時工件利用淬火余熱進行自回火，又不會使工件產(chǎn)生裂紋和開裂。

綜上所述，防止工件產(chǎn)生裂紋的改進工藝如下：

(1)改進感應器尺寸。感應圈內徑由直徑53mm改為直徑50.5mm，利用改變磁通量控制工件3個凸輪處加熱溫度，使三者接近均溫，以獲得細小馬氏體針和少量殘留奧氏體組織；同時適當降低感應圈高度，由28mm降至23mm，以提高感應器效率，節(jié)約電能。

(2)控制加熱功率。高頻感應加熱機的輸出功率由78kW、加熱13s改為62kW、加熱9s，淬火后3個凸輪處馬氏體針細小，殘留奧氏體少。

(3)控制噴水時間。試驗選定噴水時間為3.8-4.Os，使停噴溫度在300℃，保持1min，工件淬火后性能合格。

(4)改進回火工藝。采用高頻感應加熱機進行回火熱處理，溫度為395-420℃，回火后組織為回火托氏體、回火索氏體和石墨。

本文簡單介紹了S195球墨鑄鐵凸輪軸的高頻改進工藝，許多廠家采用上述改進工藝進行熱處理，生產(chǎn)出來的工件質量良好，滿足了工作需要，廢品率降至1.5%以下，經(jīng)濟效益十分顯著。