40Cr鍛件接頭連接件缺陷分析

巨力索具股份有限公司（河北保定 072550）梁 濤 劉海龍 辛永木

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(xué)性能，因此在橋梁建設(shè)中得到廣泛的應(yīng)用。應(yīng)用40Cr鍛件作為連接纜索和橋梁的接頭連接件，是橋梁建設(shè)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(xué)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?yàn)椋簣A鋼下料→鍛造→退火→粗加工→正火+調(diào)質(zhì)→無損檢測(cè)→精加工→鍍鋅。

40Cr鍛件接頭連接件熱處理工藝如圖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(shí)冷卻，580℃保溫4.5h出爐空冷，達(dá)到硬度要求241～286HBW。

圖1 熱處理工藝

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(tái)階處縱向裂紋。

圖2 內(nèi)表面臺(tái)階處裂紋

2.分析過程

為查找工件出現(xiàn)淬火裂紋的原因，對(duì)此產(chǎn)品的工藝過程、裂紋宏觀形態(tài)、化學(xué)成分及金相組織等進(jìn)行了分析。

（1）化學(xué)成分檢測(cè) 結(jié)果如表1所示，化學(xué)成分均合格。

表1 40Cr鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

（2）金相檢驗(yàn) 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(xué)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(diǎn)狀分布。參照“GB/T10561—2005鋼中非金屬夾雜物含量的測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖顯微檢驗(yàn)法”中的評(píng)定方法，評(píng)定工件中非金屬夾雜物，較小黑點(diǎn)為D類環(huán)狀氧化物，評(píng)級(jí)為2.5～3級(jí)，成線狀分布黑點(diǎn)為B類氧化鋁夾雜物，評(píng)級(jí)為1～1.5級(jí)，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(duì)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(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力作用下促使裂紋產(chǎn)生并沿夾雜物分布擴(kuò)展，這是導(dǎo)致淬火開裂的直接原因。

圖3 開裂處橫向未腐蝕 100×

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(dāng)，在此部位有過熱現(xiàn)象，鍛后組織晶粒局部粗大，淬火時(shí)得到粗大的板條馬氏體，這也是導(dǎo)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(cè)時(shí)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(yán)重偏析組織，經(jīng)分析為非金屬夾雜物缺陷導(dǎo)致熱加工（鍛造）冷卻時(shí)鐵素體優(yōu)先在缺陷處形核，形成帶狀鐵素體組織。后來對(duì)工件進(jìn)行超聲波檢測(cè)，結(jié)果為局部出現(xiàn)超聲波檢測(cè)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。

圖4 開裂處橫向腐蝕 500×

圖5 縱向腐蝕試樣 100×

3.結(jié)語

綜合上述分析淬火開裂原因?yàn)椋涸牧嫌酗@微孔洞和非金屬夾雜物，這些缺陷導(dǎo)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(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力作用下促使裂紋產(chǎn)生并沿夾雜物和帶狀組織分布擴(kuò)展，從而導(dǎo)致工件開裂。

材料中存在的非金屬夾雜物對(duì)工件質(zhì)量的危害很大。根據(jù)零部件不同的要求，與鋼廠訂貨時(shí)應(yīng)在技術(shù)協(xié)議中注明非金屬夾雜物的等級(jí)要求，生產(chǎn)廠應(yīng)加大對(duì)原材料進(jìn)廠時(shí)非金屬夾雜物的檢驗(yàn)，從而保證產(chǎn)品質(zhì)量。