支承輥鍛件缺陷原因分析

胡寒婷，趙益洛 ，王明飛， 毛寬亮， 宋亞虎， 王博

1.中信重工機(jī)械股份有限公司計(jì)量檢測(cè)中心 河南洛陽(yáng) 471000

2.中機(jī)十院國(guó)際工程有限公司 河南洛陽(yáng) 471000

1 序言

支承輥鍛件毛坯超聲波檢測(cè)發(fā)現(xiàn)冒口端輥身長(zhǎng)度0～300mm內(nèi)部存在大面積密集性缺陷，最大當(dāng)量φ6mm，局部鐵素體（F）多于貝氏體（B），中心分布φ400mm。

為分析缺陷具體性質(zhì)，從缺陷最嚴(yán)重（無(wú)底波處）部位鋸切φ1200mm×25mm厚試片，試片中心φ400mm打磨后著色，可見(jiàn)多處開(kāi)口缺陷，如圖1～圖4所示。在試片中心取樣進(jìn)行缺陷性質(zhì)分析。

圖1 存在缺陷支承輥

圖2 支承輥中心部位打磨

圖3 著色檢測(cè)開(kāi)口缺陷

圖4 缺陷位置取樣

2 理化分析

2.1 低倍試驗(yàn)

將試片磨制后進(jìn)行熱酸蝕，放置一定時(shí)間后觀察，酸洗后的試片如圖5a所示，從中可以看出，試片上存在著多處密集性的裂紋或孔洞類缺陷。紅色方框處局部放大如圖5b所示。

圖5 試片形貌

2.2 宏觀斷口觀察

沿圖5a所示的紅線背面開(kāi)槽、壓斷口，斷口形貌如圖6a所示。斷口形貌主要為結(jié)晶狀，在斷口上發(fā)現(xiàn)多處形狀不規(guī)則的孔洞或裂縫，經(jīng)酸洗后有銹蝕痕跡（見(jiàn)圖6a中紅色箭頭處），局部放大如圖6b所示。為進(jìn)一步判斷其缺陷性質(zhì)，在圖6b所示的紅色方框處取樣進(jìn)行電鏡分析。

圖6 斷口宏觀形貌

2.3 電鏡分析

將所取的斷口試樣在掃描電鏡下進(jìn)行觀察，缺陷處低倍形貌如圖7所示，斷口表面可看到光滑自由表面特征，如圖8所示。

圖7 缺陷低倍形貌

圖8 光滑自由表面形貌

這種光滑的自由表面形貌是鋼液在凝固過(guò)程中因體積收縮而在鋼錠最后凝固區(qū)形成的。正常區(qū)域?yàn)榻饫頂嗫谛蚊?，如圖9所示。

圖9 正常區(qū)域解理斷口形貌

2.4 金相分析

試樣在磨制拋光后檢驗(yàn)非金屬夾雜物，如圖10所示。檢驗(yàn)結(jié)果為A：0.5；B：0.5；C：0.5；D：0.5，夾雜物級(jí)別正常。另外，裂紋缺陷形貌呈樹(shù)枝狀沿晶界分布，此種缺陷稱為晶間疏松，如圖11所示。在顯微鏡下觀察其金相組織為粒狀珠光體，組織正常，如圖12所示。

圖10 正常區(qū)域腐蝕前照片（100× ）

圖11 缺陷區(qū)域形貌

圖12 正常顯微組織（500×）

2.5 化學(xué)分析

在低倍試片上取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果見(jiàn)表1。從表1中的數(shù)據(jù)可以看出，各元素含量均滿足規(guī)范值，化學(xué)成分合格。

表1 化學(xué)成分檢測(cè)結(jié)果（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

3 原因分析

低倍試片上存在著多處密集性的裂紋或孔洞缺陷，隨后進(jìn)行的電鏡分析中發(fā)現(xiàn)，缺陷斷口處可觀察到光滑自由表面特征；最后在金相分析高倍試樣中，可觀察到缺陷中微小的裂紋呈現(xiàn)典型的疏松形貌。由于鋼液凝固時(shí)體積收縮，所以在鋼錠的最后凝固區(qū)域會(huì)產(chǎn)生宏觀縮孔，其附近區(qū)域也常伴隨產(chǎn)生較多疏松。當(dāng)其保留在鋼錠中時(shí)，在隨后的鍛造過(guò)程中仍舊無(wú)法消除。且根據(jù)超聲檢測(cè)結(jié)果顯示，這些缺陷主要出現(xiàn)在冒口中心部位，綜合分析認(rèn)為這種缺陷是鋼液在凝固過(guò)程中體積收縮產(chǎn)生的縮孔，在鍛造過(guò)程中因切除不盡存在部分殘留而形成殘余縮孔。

4 結(jié)束語(yǔ)

該支承輥鍛件的缺陷性質(zhì)為殘余縮孔。殘余縮孔的存在，會(huì)顯著降低工件的力學(xué)性能，甚至在使用過(guò)程中會(huì)發(fā)生斷裂事故或其他事故[1]。產(chǎn)生原因一般是在鋼液凝固過(guò)程中因體積收縮而產(chǎn)生縮孔，并在熱加工時(shí)因切除不盡而部分殘留[2]。

殘余縮孔的防止措施：改進(jìn)澆道和冒口布局及尺寸，適當(dāng)應(yīng)用內(nèi)冷鐵或外冷鐵，以提高末梢斷面的補(bǔ)縮效果，工藝上確保鑄件的順序凝固或同時(shí)凝固；采用高效補(bǔ)縮新型冒口；必要時(shí)可采用補(bǔ)貼增厚的辦法改變鑄件的斷面形狀，以利順序凝固；盡量減少液態(tài)金屬中的含氣量，有利于補(bǔ)縮[3]。