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42CrMoA回轉(zhuǎn)支承鍛件缺陷分析
2024-07-17蔡君
（張家港海陸環(huán)形鍛件公司）
42CrMoA是一種常見合金結(jié)構(gòu)鋼。用于強(qiáng)度要求較高或橫斷截面較大的環(huán)形鍛件。如牽引大齒輪、傳動(dòng)齒輪、軸、發(fā)動(dòng)機(jī)體等。此42CrMo件產(chǎn)品的問(wèn)題屬于回轉(zhuǎn)支承鍛件。用于滾道油槽支承，在使用過(guò)程中產(chǎn)生橫向裂紋，如圖1所示。
1 原材料及工藝流程
原材料是連鑄圓坯合金結(jié)構(gòu)鋼，由煉鋼爐煉成的鋼液經(jīng)過(guò)連鑄機(jī)鑄造的方法制造。鋼錠通過(guò)60000kN油壓機(jī)鐓粗、沖孔壓制鋼坯，再由4500型數(shù)控輾環(huán)機(jī)軸徑向軋環(huán)鍛制，熱處理中頻感應(yīng)淬火后，車加工規(guī)格：Φ2867mm×Φ2545mm×190mm鍛件，如圖2所示。
2 檢驗(yàn)方法與試驗(yàn)數(shù)據(jù)
（1）取樣破壞42CrMoA回轉(zhuǎn)支承鍛件。取截面切片進(jìn)行試驗(yàn)分析，另取油槽外徑橫向裂紋處試樣進(jìn)行金相分析。如圖3所示。
（2）化學(xué)分析采用德國(guó)SPECTROTESTTXC02直讀光譜儀、紅外硫碳分析儀、HON—3000氫氧氮分析儀。復(fù)驗(yàn)鋼錠及裂紋處化學(xué)成分。比對(duì)后無(wú)較大差別都在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)，判定為合格。原材料采購(gòu)要求同熔煉成分與化學(xué)復(fù)驗(yàn)成分，如表1所示。
（3）力學(xué)分析鍛件本件取加高件試樣后進(jìn)行室溫力學(xué)試驗(yàn)，試驗(yàn)值也均在要求范圍內(nèi)（見表2）。
（4）解剖檢查支承滾道解剖后檢查項(xiàng)目如表3所示，硬化層表面硬度值居于要求范圍中間，硬化層組織級(jí)別較好。非金屬夾雜物雖然在范圍內(nèi)，但是硫化物有所偏高，暫時(shí)還不能排除夾雜過(guò)多、聚集在一起引起的缺陷。低倍組織中，中心疏松和偏析的級(jí)別也有所偏高，但還在合格范圍內(nèi)，基本晶粒度合格。
（5）裂紋金相分析一般對(duì)于淬火試樣來(lái)說(shuō)，常見情況是淬火裂紋或低倍缺陷。前者是熱處理過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題，后者則是原材料的問(wèn)題。取位于滾道油槽內(nèi)裂紋處試樣，取樣要注意一定要帶有裂紋末端的試樣，經(jīng)過(guò)金相檢測(cè)后，觀察滾道裂紋形貌：裂紋并不連貫，共由三段組成，中間有細(xì)裂紋相連，其邊緣和尾部形態(tài)均為圓弧狀和圓鈍狀，裂紋的垂直深度約6.8mm，如圖4、圖5所示。
觀察其組織，裂紋邊緣及其兩側(cè)均未觀察到脫碳及其他的異常組織，中頻感應(yīng)淬火組織正常，基體呈偏析狀態(tài)分布的馬氏體+少量鐵素體組織，如圖6所示。
3 檢查結(jié)論
首先，裂紋附近無(wú)細(xì)小分布的圓形或橢圓形暗點(diǎn)和孔隙，可以排除是疏松引起的裂紋。
其次，非金屬夾雜物整體分布較均勻，裂紋附近無(wú)密集型夾雜或不規(guī)則形狀?yuàn)A渣，可以排除是夾雜物引起的裂紋。
第三，解剖檢查晶粒度均勻且較細(xì)，且無(wú)過(guò)燒組織，因此并非金屬材料加熱時(shí)過(guò)熱引起的脆性裂紋。
第四，由于裂紋邊緣及兩側(cè)未觀察到脫碳及其他異常組織，所以也不是鍛造折疊引起的裂紋。
第五，組織較均勻，未成帶狀分布，裂紋處無(wú)明顯帶狀組織，因此也不是受偏析影響。
第六，裂紋隨加高件呈橫向分布，但未呈放射狀分布，且裂紋形態(tài)比較平滑，呈圓弧、圓鈍狀，非曲折剛直，穿晶擴(kuò)展，也無(wú)脫碳，因此也非淬火裂紋。
仔細(xì)觀察三段裂紋中間相連的小細(xì)裂紋不難發(fā)現(xiàn)，三段裂紋原本是分開的，但相鄰較近，后受外力擠壓，才產(chǎn)生小裂紋使之連在一起，而裂紋內(nèi)壁有氧化現(xiàn)象，鋼中內(nèi)部小氣孔導(dǎo)致。其會(huì)產(chǎn)生在鑄件的所有部位，而且會(huì)成群出現(xiàn)，鋼材在輾壓軋制過(guò)程中，使內(nèi)部氣孔擴(kuò)散形成裂紋，并串聯(lián)在一起。而這樣的氣孔形成原因大多還是鋼中含有大量的氣體，氣體溶解于金屬中是一個(gè)可逆的過(guò)程，溫度升高，溶解度增加，反之則降低。液態(tài)金屬冷卻過(guò)程中，過(guò)飽和氣體從里面不斷析出，還有些氣體原子未擴(kuò)散到金屬表面，而是在內(nèi)部聚合成氣孔，還有可能是鋼錠模內(nèi)壁清理不良或不干燥等，因此滾道油槽部位裂紋的原因是材料內(nèi)部氣孔缺陷所致。
來(lái)源： 金屬加工（熱加工）
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