40Cr传动轴淬火异常组织分析

40Cr是传动轴常用材料，但是在生产实践中淬火时出现了针束状异常组织，严重影响了零件的性能。本文通过金相显微镜、扫描电子显微镜和原子力显微镜观察分析异常组织，根据其特征判断为无碳贝氏体，形成的温度区间为500℃～520℃，并对贝氏体的形核长大机制展开了讨论。无碳贝氏体异常组织产生的原因是40Cr钢在高温区的冷却速度不足，冷却速度不均匀。通过对冷却介质进行搅拌等提高冷速的方式能够消除异常组织。

近年来我国汽车的产销量突飞猛进，对汽车零部件特别是动力传输的主要部件———汽车传动轴的需求也日益增长。轴是机器中最基本的零件之一，也是关键零件，它直接影响机器的精度和寿命。依据承受载荷的不同，轴可以分为转轴、传动轴和心轴三种。其中传动轴是只传递转矩，不承受弯矩或承受弯矩较小的轴，如汽车的传动轴等。对于传动轴类零件一般要求具有较好的综合力学性能，较高的硬度和耐磨性以及较高的疲劳强度等性能要求。中碳合金钢40Cr钢是普遍使用的传动轴的原材料之一，这类钢经调质处理后，具有较好的综合机械性能。然而在生产中经常发现，当轴径大于100mm 的传动轴在淬火后经常出现异常组织，如图1中箭头所示。异常组织常出现在传动轴的次表面及心部，表现为沿晶界大致平行的单针铁素体或多针束状铁素体。异常组织的出现，使得传动轴的性能大幅下降，寿命大幅降低。本文将从形态特征和亚结构等方面对40Gr传动轴淬火异常组织进行分析，从而确定其组织及产生的主要原因，从而通过修改热处理工艺来避免异常组织的出现。

经过OM、SEM、AFM 对40Cr传动轴中异常组织的分析，得到以下结论：

1.大尺寸40Cr传动轴淬火后的异常组织为无碳化物贝氏体。异常组织出现的温度范围是500℃～520℃，形成原因主要是在高温区冷却速度不足，冷却速度不均匀。

2.无碳化物贝氏体中的铁素体是由一些边缘形状不规则的泡状亚单元组成的，亚单元由更细的超细亚单元构成。

3.无碳化物贝氏体中铁素体针束的周围为马氏体组织，可能是由富碳的奥氏体在形成贝氏体后，继续冷却过程中，发生了马氏体相变，而转变成为马氏体组织，且没有发现碳化物析出。

4.消除异常组织的方法包括对冷却介质进行搅拌、更改冷却介质的成分或浓度、更换冷却介质、改进零件的装卡方法等。