40Cr冷拔脆斷原因分析

摘#8195;要 某冷拉廠于2011年購進(jìn)一批，規(guī)格為20 mm的40Cr圓鋼，冷拔加工成17 mm的六角形鋼，在此過程中，出現(xiàn)了大量脆斷現(xiàn)象，斷口形貌呈子彈型，本文從斷口形貌，金相組織、受力狀況等方面對拉拔斷裂的原因進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞 冷拔；斷口；金相組織

中圖分類號 TF 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)031-0168-01

冷拔簡介：冷拔工藝為：圓鋼→退火→軋頭→酸洗→潤滑處理→冷拔。冷拔過程的是原材料在拉拔力的作用下，形成徑向壓縮，軸向拉伸的應(yīng)力狀況，使材料產(chǎn)生塑性變形，受力方向與表面呈一定的角度。其合力沿拉伸方向，為與材料表面呈一定夾角，由表面指向材料中心。

試樣的選?。簽榱朔治銎湓?，現(xiàn)場選取了3截冷拔斷裂試樣，同時切取了同一爐號，未經(jīng)冷拔的原材料試樣2個，以及另外2個爐號沒有出現(xiàn)斷裂的，同材質(zhì)、同規(guī)格的產(chǎn)品試樣各2個帶回分析。

試樣的檢測：首先利用超聲探傷儀對帶回的試樣進(jìn)行C型和A型水浸超聲檢測，原材料均未發(fā)現(xiàn)裂紋缺陷，而在冷拔后的六角形棒料的中心部位，均發(fā)現(xiàn)間斷性的裂紋。 對此材料進(jìn)行拉伸破壞性試驗，其斷口形貌均與現(xiàn)場情況完全吻合，斷口形形貌如圖1、圖2所示。

圖1 斷口側(cè)視圖 圖2 斷口正視圖

圖1為宏觀斷口側(cè)視形貌，斷口突出的一端呈子彈形，內(nèi)凹的一端呈圓形隕石坑形，兩端完全吻合；圖2為宏觀斷口正視形貌，分3個區(qū)：纖維區(qū)（A區(qū)）；放射區(qū)（B區(qū)）；瞬斷區(qū)（C區(qū)）。A區(qū)為灰黑色，位于斷口中央的位置，直徑約1.8mm，是斷裂起始的裂紋源區(qū)。B區(qū)為灰白色，在外加拉應(yīng)力的作用下，中心裂紋呈放射狀向外擴展；C區(qū)為灰色，為在放射區(qū)的外圍厚度為1.8mm的圓環(huán)區(qū)，組織致密，呈細(xì)瓷狀，所有斷口四周未發(fā)現(xiàn)氧化及污染痕跡，這表明裂紋是在冷拔過程中產(chǎn)生。根據(jù)斷口形貌特征，裂紋的走向是由心部向外延伸至表面。

斷口電鏡分析：

圖3 （A區(qū)） 纖維區(qū)

對斷口的3個區(qū)域，分別進(jìn)行掃描電鏡觀察，從中可以看出，在A區(qū)（圖3），

有較多的顯微空洞及夾雜物，唇狀裂紋是由顯微空洞在外力而作用下，逐漸擴展最后連接造成形成，說明此部位為材料斷裂的起源；B區(qū)（圖4）裂紋擴展區(qū)的微觀形貌特征為較淺韌窩+少量解理+撕裂棱，具有河流花特征，裂紋擴展有方向性表明材料韌性不高，C區(qū)（圖5）為瞬斷區(qū)，形貌為等軸韌窩+撕裂棱，為拉伸脆性斷裂。

圖4 （B區(qū)） 放射區(qū)

金相分析：1）對試樣進(jìn)行縱向解剖，發(fā)現(xiàn)試樣中心部位，沿試樣長度范圍內(nèi)，均勻排列著，方向也基本一致，長度約為1.2mm的橫向裂紋，并且在裂紋之間有細(xì)的微裂紋，裂紋寬度方向與所受拉應(yīng)力方向一致，對此試樣侵蝕后發(fā)現(xiàn)，試樣存在嚴(yán)重的中心偏析帶（圖6），所有裂紋均分布在偏析帶上，長度略大于與偏析帶的寬度。

圖5 （C區(qū)）瞬斷區(qū)

2）對試樣侵蝕后進(jìn)行金相分析，從（圖6）中可以看出：①裂紋的均起源于中心，偏析區(qū)域，此區(qū)域珠光體含量明顯高于兩邊的正常區(qū)域；②此區(qū)域晶粒粗大，為3-3.5級，其他區(qū)域為5.5-6.5級；③從晶粒的形變上看，兩邊的晶粒沿拉伸方向變形量大于心部位置，說明心部組織塑性較差；對此部位放大后可以看出，此區(qū)域中的為珠光體為粗片狀珠光體（圖7），片層間距不等，使塑性變形集中在片間距較大的位置；

4）偏析區(qū)域夾雜分布集中，主要是B類細(xì)系夾雜物，級別為2.0級，經(jīng)分析此夾雜物為MnS，此類夾雜物的存在，在拉長時降低了斷裂強度。

圖6 縱向剖面黑色條帶為偏析帶 圖7 腐蝕后

成分分析：為了了解偏析的嚴(yán)重程度，分別對試樣的正常部位及偏析部位進(jìn)行成分的測量，其結(jié)果如表1所示，從中可以看出，此材料中心偏析非常嚴(yán)重，中心偏析區(qū)，碳、錳含量明顯偏高。而細(xì)化晶粒的鎳、鉻、鉬、鋁含量極低，從而使得材料心部晶粒粗大，珠光體積聚，強度、韌性下降。

分析結(jié)果：根據(jù)以上檢驗結(jié)果可以看到，六角棒料在冷拔時出現(xiàn)脆性斷裂，是由于原材料存在嚴(yán)重的中心偏析，使得材料中心區(qū)域珠光體集中、晶粒粗大、夾雜物聚集，使得材料心部強度及韌性降低，造成材料在正常冷拔過程中，在材料中心的偏析區(qū)域，首先產(chǎn)生微裂紋，繼而裂紋沿受力方向擴展直至斷裂，形成形貌呈子彈形的斷口。

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