■ 石蕓，馮玲

高壓歧管是一種三端帶有特殊連接形式的整體接頭，廣泛應(yīng)用于石油鉆采、固井壓裂、測(cè)試作業(yè)。在服役過(guò)程中會(huì)承受高達(dá)100MPa以上的壓力，而在高速運(yùn)動(dòng)砂粒的沖刷、酸化液的腐蝕，以及連接部位的轉(zhuǎn)折引起的應(yīng)力作用等復(fù)雜工況下，極其微小的缺陷都有可能引發(fā)刺穿和破裂，使管內(nèi)高壓流體外泄。因此，高壓歧管必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的無(wú)損檢測(cè)，確保產(chǎn)品的高可靠性。圖1為歧管實(shí)體，圖2為結(jié)構(gòu)示意。

在工廠高壓歧管早期生產(chǎn)過(guò)程中，特別是在鍛造、熱處理后磁粉檢測(cè)時(shí)，多批次發(fā)現(xiàn)歧管沿分模面出現(xiàn)裂紋，如圖3所示。針對(duì)此類(lèi)問(wèn)題，我們從原材料、鍛造、熱處理、機(jī)加工、檢測(cè)等各個(gè)方面進(jìn)行了全面分析。通過(guò)取樣、跟蹤產(chǎn)品加工、試驗(yàn)各個(gè)流程，得到了相應(yīng)的改進(jìn)措施，并使其在生產(chǎn)中得到了有效的應(yīng)用。

1.歧管接頭工藝路線

該零件材料為42CrMo，技術(shù)要求：調(diào)質(zhì)硬度27～31HRC。歧管加工工藝路線：原材料→超聲波檢測(cè)→鍛造→磁粉檢測(cè)→正火→粗車(chē)→調(diào)質(zhì)→精加工→磁粉檢測(cè)→成品。

2.取樣分析

裂紋均出現(xiàn)在分模面處，鍛造和熱切邊后無(wú)損檢測(cè)均未發(fā)現(xiàn)裂紋，而在調(diào)質(zhì)后肉眼發(fā)現(xiàn)沿分模面有貫通性裂紋。經(jīng)取樣發(fā)現(xiàn)，裂紋深度5～8mm，呈喇叭形，由粗漸細(xì)向深處擴(kuò)展，裂紋較直，顯微鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)裂紋兩側(cè)組織與基體組織一致，基體組織為回火索氏體+少量游離的鐵素體，裂紋兩側(cè)無(wú)脫碳現(xiàn)象發(fā)生，裂紋多為穿晶開(kāi)裂。

3.原因分析與討論

（1）分模面是開(kāi)式熱模鍛成形時(shí)多余金屬流出形成飛邊的中心面，金屬與鍛模型腔由于在接觸面上阻礙相對(duì)移動(dòng)的外摩擦，以及晶界和晶內(nèi)滑移的內(nèi)摩擦，導(dǎo)致表面和心部金屬流動(dòng)速率不同，勢(shì)必形成匯集于分模面的流動(dòng)分界面，而這種層狀結(jié)構(gòu)的抗撕裂能力通常是很低的。

圖1 歧管實(shí)體

圖2 歧管結(jié)構(gòu)

圖3

（2）終鍛溫度太低，造成飛邊處存在過(guò)大的鍛造內(nèi)應(yīng)力。

（3）切去飛邊后在分模面上出現(xiàn)大量的纖維露頭，從微觀上看，每一個(gè)纖維露頭都是一個(gè)顯微缺陷，是一個(gè)應(yīng)力集中點(diǎn)，很容易連貫成為大裂紋。

（4）切邊帶的高度尺寸較大、切邊凹模的刃口較鈍、凸模與凹模之問(wèn)的間隙較大時(shí)，在切邊模的巨大剪切力作用下切邊帶的表面及附近便產(chǎn)生較大的應(yīng)力，這些應(yīng)力會(huì)使金屬比較薄弱的地方產(chǎn)生微觀裂紋。切去飛翅需要較大的剪切力，這些外力作用于切邊帶上便會(huì)使中心線及附近位置夾雜物集中的地方產(chǎn)生微裂紋。

（5）在調(diào)質(zhì)過(guò)程中產(chǎn)生很大的組織應(yīng)力與熱應(yīng)力的共同作用下，原來(lái)的微觀裂紋迅速擴(kuò)展成肉眼可見(jiàn)的宏觀裂紋。

4.改進(jìn)措施

（1）鍛造工藝 提高鍛造工藝水平，下料制坯盡量精確，減少鍛造飛邊量。鍛件盡可能采用大一些的圓角設(shè)計(jì)，并適當(dāng)增加制坯工步。在減小飛邊量和增加變形速度的前提下，模具橋口設(shè)計(jì)適當(dāng)取下限。另外，應(yīng)適當(dāng)提高終鍛溫度及切邊溫度。

（2）熱處理工藝 當(dāng)不改變鍛造工藝時(shí)，采用鍛造成形后不切邊，帶飛邊淬火，由于沒(méi)有纖維露頭和顯露的缺陷，分模面得到加強(qiáng)和保護(hù)，避免了裂紋產(chǎn)生。待熱處理完畢后銑去飛邊。適當(dāng)提高正火溫度和回火溫度，將淬火溫度降至下限，能使分模面裂紋減少60%。

20150206