供稿|袁野，闞開(kāi)，張群

內(nèi)容導(dǎo)讀

通過(guò)對(duì)成品鋼材的化學(xué)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(jìn)行分析及金相檢驗(yàn)；對(duì)加工成齒輪后的裂紋處邊緣、中部和底部脫碳層進(jìn)行分析。結(jié)果表明：鋼材的化學(xué)成分、宏觀低倍組織、金相組織均在標(biāo)準(zhǔn)允許范圍內(nèi)，成品齒輪裂紋處邊緣、中部和底部均無(wú)脫碳層，說(shuō)明成品齒輪裂紋的產(chǎn)生并非鋼材本身質(zhì)量問(wèn)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(chē)→調(diào)質(zhì)→精車(chē)→洗齒→氮化。某機(jī)加廠使用42CrMoA加工齒輪，在精車(chē)工序發(fā)現(xiàn)齒輪的內(nèi)、外表面出現(xiàn)肉眼可見(jiàn)裂紋，裂紋出現(xiàn)率約為5%。

冶金廠對(duì)客戶郵寄的宏觀試片和有裂紋缺陷的內(nèi)齒進(jìn)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(wú)氧化、銹蝕現(xiàn)象(圖1)。

首先對(duì)相關(guān)產(chǎn)品廠內(nèi)生產(chǎn)過(guò)程及出廠檢驗(yàn)情況進(jìn)行調(diào)查，冶煉和加工工序未發(fā)現(xiàn)異常，鋼材出廠檢驗(yàn)結(jié)果均符合GB/T 3077要求，排除了生產(chǎn)和檢驗(yàn)過(guò)程異常。對(duì)加工工藝分析發(fā)現(xiàn)有可能產(chǎn)生裂紋的工序?yàn)槎沾?、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(yù)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(jìn)式加熱爐加熱→高壓水除鱗→粗軋機(jī)軋制→連軋機(jī)組→穿水冷卻→精整→探傷→檢驗(yàn)→入庫(kù)。

加熱工藝：預(yù)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 ℃?？偧訜釙r(shí)間≥300 min，保證足夠的加熱時(shí)間，使化學(xué)成分?jǐn)U散均勻。為防止鋼材軋制過(guò)程中組織粗大，采用低溫軋制，開(kāi)軋溫度控制軋?jiān)?100～1150 ℃，終軋進(jìn)行穿水處理，降低終軋溫度，防止晶粒長(zhǎng)大。化學(xué)成分見(jiàn)表1所示。

表1 化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%)

宏觀低倍檢驗(yàn)分析

鋼材表面或近表面的裂紋、瑕紋在后續(xù)加工過(guò)程中會(huì)成為裂紋源，加熱后在墩粗工序，裂紋會(huì)沿鋼材軋制方向進(jìn)一步延伸，在鍛件的表面開(kāi)裂，造成鍛件報(bào)廢；鋼材心部存在內(nèi)裂、嚴(yán)重碳偏析或疏松級(jí)別超標(biāo)等會(huì)作為裂紋源在碾環(huán)過(guò)程中于鍛件內(nèi)表面沿鋼材軋制方向產(chǎn)生內(nèi)表面開(kāi)裂，造成鍛件報(bào)廢。

為檢驗(yàn)鋼材表面和心部質(zhì)量，冶金廠對(duì)客戶郵寄來(lái)的宏觀試片進(jìn)行了分析。由于試片一個(gè)面已經(jīng)腐蝕，冶金廠將另一面加工后進(jìn)行腐蝕，評(píng)級(jí)后進(jìn)行斷口檢驗(yàn)(見(jiàn)圖2)。

圖2 宏觀試片及斷口

成品鋼材宏觀低倍組織檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2所示。

表2 宏觀檢驗(yàn)結(jié)果

宏觀檢驗(yàn)結(jié)果符合GB/T 3077—1999條件要求，斷口組織正常。從宏觀檢驗(yàn)結(jié)果可以得出：(1)宏觀試片表面及皮下無(wú)裂紋、瑕紋，不會(huì)在墩粗過(guò)程中產(chǎn)生表面開(kāi)裂現(xiàn)象，造成鍛件報(bào)廢。(2)宏觀試片心部無(wú)嚴(yán)重碳偏析、內(nèi)裂等缺陷，中心疏松級(jí)別較低，在墩粗、碾環(huán)過(guò)程中產(chǎn)生心部開(kāi)裂，造成鍛件報(bào)廢。

鋼材金相分析

對(duì)原始鋼材金相檢驗(yàn)，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(guò)程中裂紋的表面會(huì)產(chǎn)生脫碳。因此，冶金廠對(duì)齒輪的裂紋進(jìn)行脫碳檢驗(yàn)，以確認(rèn)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(lái)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(lái)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(wú)脫碳現(xiàn)象，中間有輕微脫碳；試樣2的邊緣和底部無(wú)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(guò)程中裂紋兩側(cè)表面會(huì)出現(xiàn)脫碳，邊緣一側(cè)應(yīng)較底部嚴(yán)重。從2個(gè)試樣金相組織看，試樣2的邊緣和底部中均無(wú)脫碳現(xiàn)象，說(shuō)明裂紋不是鋼材原始裂紋引發(fā)的；試樣1邊緣和底部無(wú)脫碳現(xiàn)象，說(shuō)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(yīng)該是調(diào)質(zhì)過(guò)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(yǔ)

通過(guò)對(duì)成品鋼材的化學(xué)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(jìn)行分析及金相檢驗(yàn)；對(duì)加工成齒輪后的裂紋處邊緣、中部和底部脫碳層進(jìn)行分析，結(jié)果表明鋼材原始裂紋在墩粗和碾環(huán)過(guò)程中不會(huì)引發(fā)齒輪表面裂紋，此裂紋應(yīng)是客戶調(diào)質(zhì)過(guò)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