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鋼材的原料疏松和偏析造成裂紋失效

我公司用從某廠采購(gòu)的連鑄坯料生產(chǎn)了一批42CrMo尾端件,調(diào)質(zhì)后大部分尾端件在端部出現(xiàn)了環(huán)狀裂紋,針對(duì)此情況我們將尾端件解剖進(jìn)行綜合分析,分析其產(chǎn)生的原因,提出改進(jìn)措施。


1. 低倍分析
用材質(zhì)為42CrMo的連鑄坯生產(chǎn)的尾端件,在調(diào)質(zhì)后端部出現(xiàn)了環(huán)狀裂紋,在連鑄坯余料、鍛造余料、調(diào)質(zhì)后的尾端件端部各取一塊試片進(jìn)行低倍檢驗(yàn),低倍照片如圖1所示。從低倍結(jié)果可以看出,三個(gè)不同階段均存在明顯的疏松和偏析,連鑄坯的缺陷比較嚴(yán)重,經(jīng)鍛造后改善不大,調(diào)質(zhì)后環(huán)形裂紋出現(xiàn)的位置與偏析部位重合,由此可以看出,淬火裂紋產(chǎn)生的原因是由于原材料中存在的偏析缺陷造成的。淬火過(guò)程中組織轉(zhuǎn)變時(shí),由于偏析而產(chǎn)生不同的組織轉(zhuǎn)變或轉(zhuǎn)變時(shí)間不同,不同組織的膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生組織內(nèi)應(yīng)力,因此導(dǎo)致在偏析嚴(yán)重處產(chǎn)生淬火裂紋。

圖1  坯料低倍酸洗后照片


2. 化學(xué)成分分析
表1、表2分別為連鑄坯和調(diào)質(zhì)后成品的化學(xué)成分結(jié)果,在連鑄坯和成品工件中,C含量差別較大,偏析嚴(yán)重,C元素在工件內(nèi)不均勻分布,也增加了淬火熱裂紋產(chǎn)生的可能。

表1  連鑄坯化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))  (%)

表2  鍛坯調(diào)質(zhì)后成品化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))  (%)


3. 金相檢驗(yàn)
在鍛坯調(diào)質(zhì)后的低倍試片上表面、1/2R、心部三個(gè)位置取樣進(jìn)行金相檢驗(yàn),金相圖片如圖2~圖4所示,工件從表面到中心硫化物均非常嚴(yán)重,表面和1/2R處組織均為貝氏體和回火索氏體,心部為粗大貝氏體,說(shuō)明裂紋并非由于組織不同而產(chǎn)生組織應(yīng)力導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生,大量硫化物的存在可能成為淬火裂紋產(chǎn)生時(shí)的裂紋源,從而導(dǎo)致淬火裂紋的產(chǎn)生。

圖2  鍛坯表面硫化物夾雜及顯微組織


圖3  鍛坯1/2R處硫化物夾雜及顯微組織


圖4  鍛坯心部硫化物夾雜及顯微組織


4. 結(jié)語(yǔ)
(1)表面、1/2R和心部成分偏差較大,尤其是碳的偏析,1/2R處復(fù)驗(yàn)C含量超出了標(biāo)準(zhǔn)要求的0.45%上限。

(2)裂紋產(chǎn)生的主要原因為原材料缺陷:疏松、偏析和夾雜物等,后續(xù)鍛造過(guò)程對(duì)其改善不明顯;裂紋產(chǎn)生的誘發(fā)原因?yàn)?/span>淬火冷卻,在淬火冷卻的過(guò)程中,由于C含量不均和其他偏析所造成的組織轉(zhuǎn)變量和轉(zhuǎn)變時(shí)間的不同而產(chǎn)生了極大的組織內(nèi)應(yīng)力,從而導(dǎo)致淬火裂紋。

(3)外表面和1/2R處的組織為貝氏體+回火索氏體,心部主要為粗大的貝氏體。心部粗大的貝氏體是由于工件心部冶金雜質(zhì)較多而導(dǎo)致的組織形態(tài)不同。

(4)建議在以后的生產(chǎn)中,需對(duì)原材料進(jìn)行嚴(yán)格控制,降低原料中的冶金缺陷,加強(qiáng)原料的成分和低倍檢驗(yàn),鍛造后增加成分、金相和低倍的檢驗(yàn);在熱處理過(guò)程中,需謹(jǐn)慎選擇淬火工藝和冷卻介質(zhì),降低產(chǎn)生淬火裂紋的風(fēng)險(xiǎn)。

(5)建議通過(guò)控制連鑄機(jī)設(shè)備精度,降低二次冷卻強(qiáng)度、中間包鋼液澆注溫度和拉速,提高結(jié)晶器電磁攪拌強(qiáng)度,優(yōu)化42CrMo化學(xué)成分控制范圍,可以有效地改善連鑄坯的質(zhì)量。

(6)建議通過(guò)大鍛比鍛造的方式改善連鑄坯的內(nèi)部質(zhì)量,在圓坯料拔長(zhǎng)時(shí),先打四方后再打八方,最后滾圓,每次壓下量要大于20%,從而將內(nèi)部缺陷鍛合或縮小。

作者:胡志光,王剛

圖片加載中...
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