劉鐵山 史向陽(yáng) 宋亞虎 孫勝偉 王 博 郭亞森 劉秋堂 胡寒婷

(中信重工機(jī)械股份有限公司計(jì)量檢測(cè)中心，河南471039)

30CrM nSiA鍛件缺陷分析

劉鐵山 史向陽(yáng) 宋亞虎 孫勝偉 王 博 郭亞森 劉秋堂 胡寒婷

(中信重工機(jī)械股份有限公司計(jì)量檢測(cè)中心，河南471039)

采用低倍檢驗(yàn)、化學(xué)成分分析、宏觀斷口分析、掃描電鏡分析、金相檢驗(yàn)等方法對(duì)30CrMnSiA鍛件的嚴(yán)重缺陷及形成原因進(jìn)行分析。結(jié)果表明:30CrMnSiA鍛件的缺陷為白點(diǎn)，應(yīng)通過(guò)加強(qiáng)冶煉質(zhì)量管理來(lái)控制白點(diǎn)缺陷的形成。

30CrMnSiA鍛件;缺陷;理化分析

30CrMnSiA鋼調(diào)質(zhì)后具有很高的強(qiáng)度和足夠的韌性，淬透性也比較好。調(diào)質(zhì)后該材料常用來(lái)制造砂輪軸、齒輪、鏈輪等。此外，該材料還具有良好的加工性，加工變形小，抗疲勞性能相當(dāng)好，多用于汽車、飛機(jī)上要求耐磨、耐高溫的零配件。作為公司重點(diǎn)產(chǎn)品所用材料，30CrMnSiA鍛件報(bào)廢的情況時(shí)常發(fā)生。為了徹底弄清30CrMnSiA鍛件缺陷的性質(zhì)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，有必要對(duì)該鍛件缺陷進(jìn)行定性分析。

30CrMnSiA鍛件加工流程為:生產(chǎn)準(zhǔn)備→電爐初煉→LF精煉→RH或VD真空處理→Ar氣保護(hù)澆注→熱送或模冷→鍛造→超聲檢測(cè)。該鍛件在鍛造后的檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重超標(biāo)缺陷。

1 理化檢驗(yàn)

1.1 低倍檢驗(yàn)

將試片磨制后進(jìn)行熱酸蝕，放置一定時(shí)間后觀察，可見(jiàn)試片上存在較密集的偏析、疏松，試片低倍形貌如圖1所示。用放大鏡進(jìn)行觀察，在偏析區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)有多處疑似裂紋，其具體位置如圖1中方框所示。

1.2 化學(xué)成分分析

在試片上取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，分析結(jié)果如表1所示。從表1可以看出，30CrMnSiA鍛件的化學(xué)成分符合公司技術(shù)要求。

圖1 試片低倍形貌Figure 1 Macroscopicmorphology of the test block

表1 30CrM nSiA鍛件的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 Chem ical compositions of 30CrMnSiA forging(mass fraction，%)

1.3 宏觀斷口檢驗(yàn)

為了確定疑似裂紋的性質(zhì)，在偏析嚴(yán)重處和有可能壓開(kāi)疑似裂紋的路徑處開(kāi)槽壓斷口，斷口形貌如圖2所示。斷面為結(jié)晶狀斷口，有幾處灰色斑點(diǎn)疑似白點(diǎn)(見(jiàn)圖中黑色方框標(biāo)示處)。為了進(jìn)一步確定疑似白點(diǎn)的性質(zhì)，對(duì)試塊進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理并再次壓斷斷口，觀察其斷口，斷口形貌如圖3所示。斷口為纖維狀，斷口上沒(méi)有發(fā)現(xiàn)疑似白點(diǎn)存在，有很多平行分布的灰色或淺亮色條帶存在。

圖2 正火態(tài)結(jié)晶狀斷口Figure 2 Crystalline fracture of the test block at normalized condition

圖3 調(diào)質(zhì)態(tài)纖維狀斷口Figure 3 Fibrous fracture of the test block at quenched and tempered condition

圖4 掃描斷口形貌Figure 4 Scanned fracturemorphology

圖5 能譜分析結(jié)果Figure 5 Energy spectrum analysis results

1.4 掃描斷口分析及能譜分析

在圖2和圖3中的方框處取斷口試樣，用掃描電鏡觀察其斷口，斷口形貌如圖4所示。從圖4(a)可以看出，斷口上灰色斑點(diǎn)的形態(tài)在掃描電鏡下是內(nèi)部裂紋的一個(gè)開(kāi)裂面。經(jīng)進(jìn)一步放大觀察，在該開(kāi)裂面上可以看到很多聚集分布的長(zhǎng)條狀?yuàn)A雜物，它們大多平行分布，部分沿晶界分布，如圖4(b)所示。同時(shí)，在內(nèi)部裂紋處觀察到碎條狀準(zhǔn)解理形貌特征，如圖4(c)所示。對(duì)斷口上分布的夾雜物進(jìn)行能譜分析，分析結(jié)果如圖5所示。從圖5可以看出，長(zhǎng)條狀?yuàn)A雜物為硫化錳夾雜。

1.5 金相分析

在圖1所示方框處取金相試樣，經(jīng)磨制、拋光后置于金相顯微鏡下觀察，依據(jù) GB/T10561—2002進(jìn)行夾雜物評(píng)級(jí)，評(píng)級(jí)結(jié)果如表2所示。夾雜物形態(tài)如圖6所示。進(jìn)一步確定圖1方框內(nèi)缺陷為裂紋，且在裂紋附近存在超標(biāo)的硫化物，部分硫化物夾雜沿裂紋平行分布。

圖6 夾雜物形態(tài)Figure 6 Photographs of inclusionsmorphology

圖7 30CrMnSiA鍛件顯微組織照片F(xiàn)igure 7 Microscopic structure of 30CrMnSiA forging

表2 夾雜物評(píng)級(jí)結(jié)果Table 2 Inclusions assessment result

試樣經(jīng)4%硝酸酒精溶液腐蝕后，在金相顯微鏡下觀察，可以看到鍛件組織中存在嚴(yán)重的帶狀組織及沿一次晶組織偏析，如圖7所示。

2 分析與討論

通過(guò)對(duì)30CrMnSiA鍛件的理化檢驗(yàn)分析可知，該鍛件化學(xué)成分符合技術(shù)要求，硫化物夾雜嚴(yán)重超標(biāo)，且組織中存在嚴(yán)重的帶狀及沿晶狀組織偏析。低倍試片上存在較密集的偏析、疏松，并在偏析區(qū)內(nèi)有多處疑似裂紋的存在。高倍下裂紋沿著夾雜物方向擴(kuò)展，分布在帶狀和沿晶偏析區(qū)內(nèi)。此外，在試片的結(jié)晶狀斷口上觀察到幾處灰色斑點(diǎn)。經(jīng)掃描電鏡分析，該灰色斑點(diǎn)具有碎條狀解理斷裂特征［1～2］。綜合以上分析，可以確定該試片上裂紋缺陷性質(zhì)為白點(diǎn)。

鋼中硫化夾雜物的形成主要是由于在凝固過(guò)程中硫元素溶解度下降，加之硫化物粒度較小不易上浮而滯留于鋼中，在隨后的鍛造過(guò)程中，顆粒狀硫化物沿加工方向變成長(zhǎng)條狀［3～4］。硫化物夾雜破壞了鋼基體的連續(xù)性，造成鋼的組織不均勻，不僅對(duì)鋼材的力學(xué)性能和加工性能造成一定損害，而且容易誘發(fā)裂紋的萌生和擴(kuò)展。

偏析的形成主要與澆注條件和鋼液的質(zhì)量有關(guān)，鋼液中氣體過(guò)飽和析出容易引起元素局部聚集，形成偏析。偏析增加了材料內(nèi)部的組織應(yīng)力，對(duì)裂紋等缺陷的形成有誘導(dǎo)作用。

白點(diǎn)缺陷的形成是由于鋼中氫含量過(guò)高和內(nèi)應(yīng)力過(guò)大的共同作用［5］。鋼中過(guò)高的氫含量經(jīng)熱加工變形后，在冷卻過(guò)程中析出的氫分子來(lái)不及逸出，產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，增加了白點(diǎn)產(chǎn)生的傾向。同時(shí)，在鋼錠澆注過(guò)程中形成的偏析導(dǎo)致氫的局部聚集，加劇了白點(diǎn)缺陷的形成。

3 結(jié)論

30CrMnSiA鍛件超標(biāo)缺陷性質(zhì)為白點(diǎn)，白點(diǎn)缺陷主要存在于夾雜物和偏析處附近。在生產(chǎn)過(guò)程中，為了防止白點(diǎn)缺陷的產(chǎn)生，應(yīng)加強(qiáng)冶煉過(guò)程的質(zhì)量控制，盡可能減少夾雜物及偏析缺陷。

［1］ 姚鐵光.大鍛件中白點(diǎn)的進(jìn)一步探討［J］.大型鑄鍛件，1996，(1):3-8.

［2］ 牟小維，孫紅梅.氫損傷缺陷分析［J］.天津冶金，2007，(1):21-22.

［3］ 王海濤，許中波.72A冶煉過(guò)程中潔凈度的研究［J］.鋼鐵研究，2003，(5):10-12.

［4］ 薛正良，李正邦，張家雯.鋼的純凈度的評(píng)價(jià)方法［J］.鋼鐵研究學(xué)報(bào)，2003，15(1):62-65.

［5］ 趙瓊，劉占存.白點(diǎn)的檢測(cè)、形成原因與預(yù)防［J］.一重技術(shù)，2005，(3):31-32.

編輯 杜青泉

Defect Analysis on 30CrMnSiA Forging

Liu Tieshan，Shi Xiangyang，Song Yahu，Sun Shengwei，W ang Bo，Guo Yasen Liu Qiutang，Huhanting

Severe defect and its cause of30CrMnSiA forging are analyzed bymeans ofmacro examination，chemical composition analysis，macroscopic fractography，scanning electromicroscope，andmetallographic examination.The findings show that30CrMnSiA forging haswhite spot defect is，white spot defect shall be avoided by strengthening the melting quality control.

30CrMnSiA forging;defect;physical and chemical analysis

TG316.1+92

A

2013—05—21