0Cr18Ni10Ti不銹鋼鍛件橫向沖擊性能不合格分析

李曉明

(天津重型裝備工程研究有限公司，天津300457)

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0Cr18Ni10Ti不銹鋼鍛件橫向沖擊性能不合格分析

李曉明

(天津重型裝備工程研究有限公司，天津300457)

針對6件橫向沖擊韌性不合格的沖擊試樣，采用斷口觀察、金相分析、SEM微觀形貌分析及化學(xué)成分分析等手段對其進行分析。結(jié)果表明：σ相的存在是造成材料沖擊韌性降低的主要原因，采用高于σ相的穩(wěn)定化溫度短時間加熱可消除σ相。

0Cr18Ni10Ti；橫向沖擊韌性；σ相；穩(wěn)定化溫度

0Cr18Ni10Ti不銹鋼鍛件經(jīng)過理化實驗室力學(xué)性能試驗檢測，有6支縱向沖擊值合格，但橫向沖擊樣品的實測沖擊值接近或低于要求值下限(技術(shù)要求橫向沖擊性能指標(biāo)≥80J)。為找出工件橫向沖擊性能指標(biāo)偏低的原因，運用斷口觀察、金相分析、SEM微觀形貌分析及化學(xué)成分分析等手段對其進行分析，并提供解決方案。

1　理化試驗

1.1斷口分析

觀察6個橫向沖擊試樣斷口， 纖維區(qū)面積約為20%，宏觀形貌類似。選擇橫向沖擊值最低的試樣，進行宏觀斷口觀察，發(fā)現(xiàn)斷口宏觀形貌特征略呈木紋狀。在掃描電鏡低倍率下可觀察到斷口中的木紋狀形態(tài)，見圖1。進一步放大倍數(shù)觀察，發(fā)現(xiàn)上述木紋狀形態(tài)是由沿縱向呈鏈狀分布的大量脆性相(大多已開裂)和其間包圍脆性相的韌窩所組成，但韌窩很淺，見圖2。用能譜儀對圖3所示區(qū)域中的脆性相、脆性相周邊基體及較遠的基體斷口區(qū)域分別進行了能譜成分分析，其成分能譜圖見圖4。

圖1　沖擊斷口低倍形貌Figure 1　The macro-morphology of impact fracture

圖2　沖擊斷口微觀形貌Figure 2　The micro-morphology of impact fracture

圖3　斷口韌窩中開裂的脆性相形貌及 能譜定點分析示意圖Figure 3　Sketch of brittle phase appearance andset-point energy spectrum analysis of dimple fracture

1.2金相分析

取上述6支沖擊殘樣進行金相檢測與分析。對樣品進行金相組織分析，試樣經(jīng)過10%鉻酸水溶液電解浸蝕，用金相顯微鏡觀察，發(fā)現(xiàn)顯微組織均為奧氏體+α相+σ相+少量細顆粒狀碳化物，α相中黑色的相即為σ相，見圖5。按照GB/T13305—2008評定α相+σ相含量，均小于2.0級，符合技術(shù)要求。按照GB/T6394—2002評定試樣的晶粒度為8～7級，符合技術(shù)要求。為了更加清晰顯示α相和σ相，將試樣重新磨拋后經(jīng)過王水溶液浸蝕，則顯示出組織中的條帶是由條塊狀暗灰色的α相和條塊狀亮白色的σ相組成，其基體為奧氏體相，其間彌散分布著細小碳化物顆粒，見圖6。用能譜儀對圖7中所示σ相(1處)、α相(2處)和奧氏體基體(3處)等3點區(qū)域進行成分分析，其成分能譜見圖8。

(a)脆性相(b)脆性相周邊基體(c)較遠的基體斷口區(qū)域

圖4圖3中所示1、2和3點區(qū)域成分能譜圖

Figure4EDScompositionanalysisofpoint1, 2and3showninfigure3

圖5　10%鉻酸水溶液電解腐蝕的顯微組織形貌Figure 5　The microstructure morphology electrolyticcorroded by 10% chrome acid water solution

圖6　王水溶液浸蝕的顯微組織形貌Figure 6　The microstructure morphologycorroded by aqua regia solution

圖7　各相能譜定點分析Figure 7　The set-point energy spectrumanalysis of each phase

2　分析討論

(1)試驗結(jié)果表明，斷口中的脆性相成分與金相組織中的σ相成分相同，含Cr35%、Fe55%，脆性相周邊的基體成分與金相組織中的α相成分相同，較遠的基體斷口區(qū)域成分與奧氏體基體成分相同，并結(jié)合金相組織中σ相、α相和奧氏體的分布形貌，確定斷口中的脆性相即為σ相。σ相為鐵與鉻的金屬間化合物，橫向沖擊試樣沿σ相和α相組成的條帶呈縱向鏈狀開裂，宏觀斷口形貌呈現(xiàn)木紋狀特征。

(a)1點區(qū)域(σ相)(b)2點區(qū)域(α相)(c)3點區(qū)域(奧氏體基體)

圖8圖7中所示1、2和3點區(qū)域成分能譜圖

Figure8EDScompositionanalysisofpoint1, 2and3showninfigure7

(2)沖擊試樣金相組織為奧氏體+α相+σ相+少量細顆粒狀碳化物。對于此材料鍛件，σ相屬于非正常組織相，是鐵和鉻的金屬間化合物、脆性相。σ相大多數(shù)情況下為有害相，它的存在必定影響鋼的性能。σ相對鋼性能的影響，主要表現(xiàn)在降低鋼的沖擊韌性和塑性，影響程度取決于它的數(shù)量和分布，通常在500～800℃長期時效中形成。

(3)σ相在高于其穩(wěn)定溫度短時間加熱即可消除，溶解完畢至少要在920℃以上。

3　結(jié)論

(1)沖擊斷口中存在有大量沿縱向呈鏈狀分布的脆性相，確認(rèn)為σ相。

(2)樣品的顯微組織均為奧氏體+α相+σ相+少量細顆粒狀碳化物，其中α相含量級別均小于2.0級，符合技術(shù)要求；晶粒度級別為8～7級，表明其晶粒非常細小。

(3)σ相的存在是造成材料沖擊韌性降低的主要原因，采用高于σ相的穩(wěn)定化溫度短時間加熱即可消除σ相。

[1]上海市機械制造工藝研究所.金相分析技術(shù)[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)文獻出版社，1987.

編輯杜青泉

AnalysisofUnqualifiedTransverseImpactPropertyof0Cr18Ni10TiStainlessSteelForging

LiXiaoming

Bymeansoffracturesurfaceobservation,metallographicanalysis,SEMmicro-morphologyanalysis,chemicalcompositionanalysis,siximpacttestspecimensthatthetransverseimpactpropertydon′tmeettherequirementshavebeenanalyzed.Theresultsshowthattheexistenceofsigmaphaseisthemainreasontodecreasetheimpacttoughness.Byadoptingtheshort-timeheatingwiththetemperaturehigherthanthestabilizationtemperatureofsigmaphase,thesigmaphasecanberelieved.

0Cr18Ni10Ti;transverseimpacttoughness;sigmaphase;stabilizationtemperature

2016—03—23

李曉明(1982—)，女，工程師，碩士，從事金相專業(yè)管理工作及失效分析檢測工作。電話：13821196364，E-mail：xiaomingaichenyong@163.com

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