供稿|袁野，闞開，張群

內(nèi)容導讀

通過對成品鋼材的化學成分、宏觀低倍試片的表面、皮下和心部碳偏析和疏松程度進行分析及金相檢驗；對加工成齒輪后的裂紋處邊緣、中部和底部脫碳層進行分析。結(jié)果表明：鋼材的化學成分、宏觀低倍組織、金相組織均在標準允許范圍內(nèi)，成品齒輪裂紋處邊緣、中部和底部均無脫碳層，說明成品齒輪裂紋的產(chǎn)生并非鋼材本身質(zhì)量問題，而與客戶的生產(chǎn)工藝有關(guān)。

鋼材用于加工內(nèi)齒的生產(chǎn)流程為鋸切下料→加熱→ 墩粗→沖孔→ 碾環(huán)→空冷→正火→初車→調(diào)質(zhì)→精車→洗齒→氮化。某機加廠使用42CrMoA加工齒輪，在精車工序發(fā)現(xiàn)齒輪的內(nèi)、外表面出現(xiàn)肉眼可見裂紋，裂紋出現(xiàn)率約為5%。

冶金廠對客戶郵寄的宏觀試片和有裂紋缺陷的內(nèi)齒進行觀察，發(fā)現(xiàn)齒輪的內(nèi)、外表面均有裂紋出現(xiàn)，且方向呈多樣化(與鋼材軋制方向相同、垂直、45°)，裂紋非線性，呈不規(guī)則狀，表面無氧化、銹蝕現(xiàn)象(圖1)。

首先對相關(guān)產(chǎn)品廠內(nèi)生產(chǎn)過程及出廠檢驗情況進行調(diào)查，冶煉和加工工序未發(fā)現(xiàn)異常，鋼材出廠檢驗結(jié)果均符合GB/T 3077要求，排除了生產(chǎn)和檢驗過程異常。對加工工藝分析發(fā)現(xiàn)有可能產(chǎn)生裂紋的工序為墩粗、碾環(huán)和調(diào)質(zhì)。

圖1 裂紋位置及形貌

鋼材生產(chǎn)工藝

生產(chǎn)工藝：高爐鐵水→鐵水預處理→180 t轉(zhuǎn)爐冶煉→LF精煉爐→RH真空脫氣→350 mm×470 mm連鑄坯→步進式加熱爐加熱→高壓水除鱗→粗軋機軋制→連軋機組→穿水冷卻→精整→探傷→檢驗→入庫。

加熱工藝：預熱段≤650 ℃，加熱二段：850～870 ℃，加熱一段：1210～1240 ℃，均熱段：1210～1230 ℃，出爐溫度：1180～1210 ℃。總加熱時間≥300 min，保證足夠的加熱時間，使化學成分擴散均勻。為防止鋼材軋制過程中組織粗大，采用低溫軋制，開軋溫度控制軋在1100～1150 ℃，終軋進行穿水處理，降低終軋溫度，防止晶粒長大?；瘜W成分見表1所示。

表1 化學成分(質(zhì)量分數(shù)/%)

宏觀低倍檢驗分析

鋼材表面或近表面的裂紋、瑕紋在后續(xù)加工過程中會成為裂紋源，加熱后在墩粗工序，裂紋會沿鋼材軋制方向進一步延伸，在鍛件的表面開裂，造成鍛件報廢；鋼材心部存在內(nèi)裂、嚴重碳偏析或疏松級別超標等會作為裂紋源在碾環(huán)過程中于鍛件內(nèi)表面沿鋼材軋制方向產(chǎn)生內(nèi)表面開裂，造成鍛件報廢。

為檢驗鋼材表面和心部質(zhì)量，冶金廠對客戶郵寄來的宏觀試片進行了分析。由于試片一個面已經(jīng)腐蝕，冶金廠將另一面加工后進行腐蝕，評級后進行斷口檢驗(見圖2)。

圖2 宏觀試片及斷口

成品鋼材宏觀低倍組織檢驗結(jié)果見表2所示。

表2 宏觀檢驗結(jié)果

宏觀檢驗結(jié)果符合GB/T 3077—1999條件要求，斷口組織正常。從宏觀檢驗結(jié)果可以得出：(1)宏觀試片表面及皮下無裂紋、瑕紋，不會在墩粗過程中產(chǎn)生表面開裂現(xiàn)象，造成鍛件報廢。(2)宏觀試片心部無嚴重碳偏析、內(nèi)裂等缺陷，中心疏松級別較低，在墩粗、碾環(huán)過程中產(chǎn)生心部開裂，造成鍛件報廢。

鋼材金相分析

對原始鋼材金相檢驗，鋼材組織比較均勻，鋼材組織為P+網(wǎng)狀F+B微量(珠光體+鐵素體網(wǎng)+微量貝氏體)，金相組織如圖3所示。

裂紋脫碳層分析

如果鋼材有原始裂紋，在齒輪加工的加熱、正火和調(diào)質(zhì)過程中裂紋的表面會產(chǎn)生脫碳。因此，冶金廠對齒輪的裂紋進行脫碳檢驗，以確認裂紋是否為鋼材原始缺陷。

試樣1的照片(圖4)顯示外表面和側(cè)面均有裂紋，選取裂紋的邊緣、中間、底部橫截面來觀察金相組織(圖5)。試樣2的照片(圖6)顯示內(nèi)表面有裂紋，選取裂紋的中間和邊緣橫截面來觀察金相組織(圖7)。

圖3 金相組織

圖4 試樣1截取位置圖

從金相組織可以看出，試樣1的邊緣和和底部無脫碳現(xiàn)象，中間有輕微脫碳；試樣2的邊緣和底部無脫碳現(xiàn)象，可以得出：如果鋼材有原始裂紋，在加熱、冷卻及之后的調(diào)質(zhì)過程中裂紋兩側(cè)表面會出現(xiàn)脫碳，邊緣一側(cè)應較底部嚴重。從2個試樣金相組織看，試樣2的邊緣和底部中均無脫碳現(xiàn)象，說明裂紋不是鋼材原始裂紋引發(fā)的；試樣1邊緣和底部無脫碳現(xiàn)象，說明該部位脫碳不是鋼材原始裂紋引發(fā)的。試樣1的中間位置出現(xiàn)輕微脫碳，從客戶加工工藝分析，應該是調(diào)質(zhì)過程產(chǎn)生裂紋引發(fā)的。

圖5 試樣1(a) 邊緣、(b) 中間、(c) 底部的金相組織

圖6 試樣2截取位置圖

結(jié)束語

通過對成品鋼材的化學成分、宏觀低倍試片的表面、皮下和心部碳偏析和疏松程度進行分析及金相檢驗；對加工成齒輪后的裂紋處邊緣、中部和底部脫碳層進行分析，結(jié)果表明鋼材原始裂紋在墩粗和碾環(huán)過程中不會引發(fā)齒輪表面裂紋，此裂紋應是客戶調(diào)質(zhì)過程產(chǎn)生的，即淬火裂紋。

圖7 試樣2(a)中間和(b)邊緣的金相組織