35MnBH鋼鏈軌節(jié)開(kāi)裂原因

彭 磊, 潘小靜, 徐旋旋, 趙 宜

(中天鋼鐵集團(tuán)有限公司, 常州 213011)

鏈軌節(jié)是履帶式工程機(jī)械和軍工機(jī)械中履帶總成的關(guān)鍵性零件, 鏈軌節(jié)零件支撐著機(jī)體，同時(shí)又直接與地面接觸，需要承受并傳遞一定的載荷[1-2]。鏈軌節(jié)在使用過(guò)程中要承受周期性壓力和反復(fù)的沖擊力，因此需要其具有良好的綜合力學(xué)性能[3-4]。由35MnBH鋼制造的190MR型φ75 mm鏈軌節(jié)，在臺(tái)架試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)有開(kāi)裂現(xiàn)象。該鏈軌節(jié)的制造工藝為：原材料下料(感應(yīng)加熱)→鍛打成型→余熱淬火(油)→高溫回火→工作面感應(yīng)加熱淬火→低溫回火。筆者對(duì)開(kāi)裂鏈軌節(jié)進(jìn)行了一系列檢驗(yàn)和分析，以期此類事故不再發(fā)生。

1 理化檢驗(yàn)

1.1 宏觀觀察

將鏈軌節(jié)開(kāi)裂處人工打開(kāi)，鏈軌節(jié)開(kāi)裂位置及斷口宏觀形貌見(jiàn)圖1～圖3，可見(jiàn)鏈軌節(jié)開(kāi)裂位置位于銷孔處。由斷口宏觀形貌可知，鏈軌節(jié)斷裂源位于鏈軌節(jié)銷孔外壁表面，斷口較為平直，屬脆性斷裂斷口。

圖1 鏈軌節(jié)開(kāi)裂位置示意圖Fig.1 Schematic diagram of cracking position of the caterpillar track section

圖2 鏈軌節(jié)開(kāi)裂處宏觀形貌Fig.2 Macro morphology of cracking position of the caterpillar track section

圖3 鏈軌節(jié)斷口宏觀形貌Fig.3 Macro morphology of fracture of the caterpillar track section

1.2 化學(xué)成分分析

在開(kāi)裂鏈軌節(jié)上取樣，使用德國(guó)超譜公司QSN750型直讀光譜儀對(duì)其進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果見(jiàn)表1。可見(jiàn)該開(kāi)裂鏈軌節(jié)的化學(xué)成分符合GB/T 5216-2014《保證淬透性結(jié)構(gòu)鋼》對(duì)35MnBH鋼的成分要求。

表1 開(kāi)裂鏈軌節(jié)的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Tab.1 Chemical compositions of the caterpillar track section (mass fraction) %

1.3 金相檢驗(yàn)

取鏈軌節(jié)原材料圓鋼進(jìn)行低倍檢驗(yàn)，其結(jié)果見(jiàn)表2及圖4。鏈軌節(jié)原材料的顯微組織為珠光體+鐵素體，鐵素體晶粒度為8～9級(jí)，如圖5所示。鏈軌節(jié)原材料的低倍組織及顯微組織均正常。

表2 鏈軌節(jié)原材料的低倍檢驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Macroscopical test results of raw materials of the caterpillar track section 級(jí)

圖4 鏈軌節(jié)原材料低倍形貌Fig.4 Macroscopic morphology of raw materials of the caterpillar track section

圖5 鏈軌節(jié)原材料的顯微組織形貌Fig.5 Microstructure morphology of raw materials of the caterpillar track section:a) at low magnification; b) at high magnification

在開(kāi)裂鏈軌節(jié)斷裂源處取縱向試樣進(jìn)行金相檢驗(yàn)，其顯微組織為回火索氏體+少量貝氏體，奧氏體晶粒度為1.5級(jí)左右，可見(jiàn)斷面沿晶斷裂且晶粒粗大， 如圖6所示；并發(fā)現(xiàn)有沿晶顯微裂紋及晶界燒損三角形，如圖7所示。

圖6 鏈軌節(jié)斷裂源處顯微組織形貌Fig.6 Microstructure morphology of fracture source of the caterpillar track section:a) at low magnification; b) at high magnification

圖7 開(kāi)裂鏈軌節(jié)的沿晶裂紋形貌Fig.7 Morphology of intergranular crack of the cracked caterpillar track section

在開(kāi)裂鏈軌節(jié)斷裂源處附近的銷孔外壁表面組織中發(fā)現(xiàn)存在裂紋及網(wǎng)狀鐵素體，類似過(guò)燒組織缺陷，如圖8所示。

圖8 開(kāi)裂鏈軌節(jié)過(guò)燒處顯微組織形貌Fig.8 Microstructure morphology of overburnt position of the cracked caterpillar track section:a) at low magnification; b) at high magnification

2 分析與討論

開(kāi)裂鏈軌節(jié)的化學(xué)成分、原材料的低倍組織及顯微組織均符合要求。

該鏈軌節(jié)開(kāi)裂位置位于銷孔處，斷裂起源于銷孔外壁表面，斷口較為平直，為脆性斷口。斷裂位置在非工作面，只進(jìn)行了余熱淬火+高溫回火處理，沒(méi)有進(jìn)行最后的表面感應(yīng)淬火。

鏈軌節(jié)斷口處顯微組織為回火索氏體+少量貝氏體，奧氏體晶粒度為1.5級(jí)，斷面為沿晶斷裂；斷口處發(fā)現(xiàn)有沿晶顯微裂紋及晶界燒損三角形，這些特征說(shuō)明該鏈軌節(jié)在制造過(guò)程中存在過(guò)燒現(xiàn)象，造成材料組織特別粗大，有時(shí)還會(huì)發(fā)生晶間氧化和部分晶界熔化，鍛打時(shí)就容易發(fā)生開(kāi)裂[5-8]。在開(kāi)裂鏈軌節(jié)斷裂源處銷孔外壁表面顯微組織中存在局部裂紋及網(wǎng)狀鐵素體，為鏈軌節(jié)在鍛造時(shí)產(chǎn)生的表面過(guò)燒組織，這是鏈軌節(jié)在臺(tái)架試驗(yàn)時(shí)發(fā)生開(kāi)裂的主要原因。

鍛件余熱淬火后晶粒度過(guò)于粗大會(huì)降低沖擊韌度，減小裂紋擴(kuò)展功，擴(kuò)大冷脆區(qū)域。隨晶粒的長(zhǎng)大，鏈軌節(jié)淬火開(kāi)裂和畸變傾向也越大。尤其是混晶將會(huì)劇烈降低材料的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，使應(yīng)力集中區(qū)域變脆。因此，在生產(chǎn)中使晶粒細(xì)化很重要。

鏈軌節(jié)在鍛造時(shí)，加熱溫度越高，加熱時(shí)間越長(zhǎng)，鏈軌節(jié)晶粒越大，超溫時(shí)表面出現(xiàn)過(guò)燒組織；隨后余熱淬火將會(huì)遺傳粗大的晶粒及過(guò)燒組織。為避免圓鋼棒料出現(xiàn)過(guò)熱現(xiàn)象，必須選擇合適的始鍛溫度。雖然鏈軌節(jié)在鍛造過(guò)程中受到鍛打力，可在一定程度上細(xì)化晶粒。但最終工序的變形程度是影響鍛件晶粒度的主要因素。當(dāng)最終工序的變形量處于臨界變形區(qū)時(shí)，鍛件的晶粒度特別粗大；一般變形程度大于臨界變形可以獲得細(xì)小晶粒，但并不是變形量越大鍛件的晶粒度就越細(xì)[9]。而且鏈軌節(jié)鍛后熱處理為余熱淬火+高溫回火，鍛件成形后直接降溫至某一溫度范圍內(nèi)進(jìn)行淬火，獲得馬氏體+少量殘余奧氏體，然后進(jìn)行高溫回火，替代調(diào)質(zhì)熱處理，可省去一次淬火加熱工序，節(jié)省成本，提高了生產(chǎn)效率[10]。

3 結(jié)論及建議

該鏈軌節(jié)在臺(tái)架試驗(yàn)時(shí)產(chǎn)生開(kāi)裂的主要原因是鏈軌節(jié)在鍛造過(guò)程中存在過(guò)燒現(xiàn)象，使得其力學(xué)性能降低。在臺(tái)架試驗(yàn)過(guò)程中，鏈軌節(jié)受到?jīng)_擊、扭轉(zhuǎn)等各種復(fù)雜應(yīng)力的作用，使鏈軌節(jié)表面過(guò)燒組織處形成裂紋源，裂紋迅速擴(kuò)展，使鏈軌節(jié)在臺(tái)架試驗(yàn)時(shí)發(fā)生開(kāi)裂。

建議嚴(yán)格控制鏈軌節(jié)鍛造加熱溫度，防止過(guò)燒現(xiàn)象發(fā)生。