40Cr中碳合金鋼調(diào)質(zhì)后具有優(yōu)良的塑韌性和沖擊性能的配合，由于其具有優(yōu)良的綜合力學性能，因此在橋梁建設中得到廣泛的應用。應用40Cr鍛件作為連接纜索和橋梁的接頭連接件，是橋梁建設中必不可少的纜索連接用配件，此工件作為橋梁上的重要結(jié)構(gòu)件，使用中承受縱向拉伸和頻繁沖擊作用，要求縱向力學性能較高，尤其是承受沖擊能力要求高。
1.材料與工藝
接頭連接件加工工序為：圓鋼下料→鍛造→退火→粗加工→正火+調(diào)質(zhì)→探傷→精加工→鍍鋅。
40Cr鍛件接頭連接件熱處理工藝示意如圖1所示，正火880℃保溫3h空冷，調(diào)質(zhì)860℃保溫3h，PAG水溶液控時冷卻，580℃保溫4.5h出爐空冷，達到硬度要求241～286HBW。
生產(chǎn)中有一批產(chǎn)品件熱處理后發(fā)現(xiàn)30多件出現(xiàn)開裂，約占這批次工件的1/3。圖2為開裂件鋸開后肉眼看到的裂紋特征，為工件圓筒部分內(nèi)表面臺階處縱向裂紋（見圖2）。
2.分析過程
為查找工件出現(xiàn)淬火裂紋的原因，對此產(chǎn)品的工藝過程、裂紋宏觀形態(tài)、化學成分及金相組織等進行了分析。
（1）化學成分檢測
結(jié)果如表1所示，化學成分均合格。
表1 40Cr鋼的化學成分（質(zhì)量分數(shù)）（%）
元素 | C | Si | Mn | Cr | P | S |
標準值 | 0.37～0.44 | 0.17～0.37 | 0.50～0.80 | 0.80～1.10 | ≤0.035 | ≤0.035 |
實測值 | 0.39 | 0.22 | 0.63 | 1.02 | 0.015 | 0.0012 |
（2）金相檢驗
從工件的開裂部位切取縱向金相試樣，經(jīng)磨制拋光后先不經(jīng)侵蝕在低倍視場中觀察夾雜物的形狀、色澤和分布情況，再用4%硝酸酒精溶液侵蝕，置于光學顯微鏡下觀察顯微組織。
圖3為100倍未腐蝕試樣，此處分布有大量的非金屬夾雜物，從裂紋試樣金相分析可以看出，夾雜物呈條狀及點狀分布。參照“GB/T10561-2005鋼中非金屬夾雜物含量的測定標準評級圖顯微檢驗法”中的評定方法，評定工件中非金屬夾雜物，較小黑點為D類環(huán)狀氧化物評級為2.5~3級，成線狀分布黑點為B類氧化鋁夾雜物評級為1~1.5級，此處非金屬夾雜物較密集。非金屬夾雜物這種分布狀態(tài)對金屬材料起到割裂作用，并使金屬材料產(chǎn)生明顯的各向異性，在淬火時產(chǎn)生的應力作用下促使裂紋產(chǎn)生并沿夾雜物分布擴展，這是導致淬火開裂的直接原因。
圖4所示為裂紋附近有少量的“保留板條馬氏體相位的回火索氏體”組織，結(jié)合工藝過程分析，這種組織只能是在鍛造工序中產(chǎn)生，而且鍛后正火無法改善，這說明工件鍛造工藝控制不當在此部位有過熱現(xiàn)象，鍛后組織晶粒局部粗大，淬火時得到粗大的板條馬氏體，這也是導致淬火開裂的另一原因。
圖5為100倍腐蝕試樣，可見在金相檢測時有的視場中局部存在的帶狀組織，灰色索氏體、黑色珠光體和白色鐵素體共存，屬嚴重偏析組織，經(jīng)分析為非金屬夾雜物缺陷導致熱加工（鍛造）冷卻時鐵素體優(yōu)先在缺陷處形核形成帶狀鐵素體組織。后來對工件進行超聲波探傷，結(jié)果為局部出現(xiàn)超聲波探傷不合格，這也印證了過熱的粗大組織和帶狀組織在工件中的存在。
3.結(jié)語
綜合上述分析淬火開裂原因為：原材料有顯微孔洞和非金屬夾雜物，這些缺陷導致材料在熱加工（熱軋、鍛造）冷卻過程中形成帶狀組織，在淬火時產(chǎn)生的應力作用下促使裂紋產(chǎn)生并沿夾雜物和帶狀組織分布擴展，從而導致工件開裂。
材料中存在的非金屬夾雜物對工件質(zhì)量的危害很大。根據(jù)零部件不同的要求，和鋼廠訂貨時應在技術(shù)協(xié)議中注明非金屬夾雜物的等級要求，生產(chǎn)廠應加大對原材料進廠時非金屬夾雜物的檢驗，從而保證產(chǎn)品質(zhì)量。
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