西安長(zhǎng)峰機(jī)電研究所 陜西西安 710065

1 序言

20世紀(jì)80年代，國(guó)際鎳公司（INCO）研制出無(wú)鈷?cǎi)R氏體時(shí)效鋼T250，該鋼在C250基礎(chǔ)上去掉Co元素，降低Mo含量，增加了Ti含量，性能接近C250[1]。1995年，國(guó)內(nèi)撫順特有限公司、鋼鐵研究總院與西安長(zhǎng)峰機(jī)電研究所聯(lián)合成功研制國(guó)產(chǎn)T250鋼。目前，T250鋼憑借超高強(qiáng)度和較好的韌性，已廣泛應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室殼體。

某型號(hào)T250鋼發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室殼體（以下簡(jiǎn)稱“殼體”）由前后連接環(huán)和筒體組焊成形，是發(fā)動(dòng)機(jī)上承受高溫、高壓的關(guān)鍵部件。試制殼體在水壓測(cè)試過(guò)程中發(fā)生開(kāi)裂。

本文以水壓試驗(yàn)過(guò)程中開(kāi)裂的殼體為對(duì)象，通過(guò)光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡觀察開(kāi)裂部位的微觀形態(tài)、斷口形貌，分析了裂紋與金相組織的關(guān)系，找到造成水壓裂紋形成的直接原因，提出并驗(yàn)證了預(yù)防水壓裂紋的熱處理措施。

2 試驗(yàn)方法及結(jié)果分析

殼體加工工藝流程為：原材料→鍛造→毛坯固溶→一道次旋壓→道次間固溶→二道次旋壓→旋壓筒體時(shí)效→切頭組焊前后連接環(huán)→焊后時(shí)效。

本次失效分析針對(duì)該殼體熱加工過(guò)程進(jìn)行，取樣編號(hào)，見(jiàn)表1。

2.1 掃描電鏡斷口分析

對(duì)取樣進(jìn)行斷口掃描觀察（見(jiàn)圖1），Y1是非正常的脆性斷口，呈沿晶斷裂，組織非常粗大；Y2樣品斷口正常，屬于韌性斷口，主要以韌窩為主；1S、2S、SY2均為非正常的脆性斷口，呈沿晶斷裂；SY1是混合斷口，以準(zhǔn)解理為主，伴隨著少部分沿晶斷裂，主要分布在夾雜物形成的孔洞處。

表1 試樣標(biāo)記

圖1 斷口形貌觀察

2.2 金相分析

經(jīng)金相觀察，試樣的晶粒都非常粗大，如圖2所示。Y1、Y2樣品的晶粒度分別為2.5級(jí)和2.0級(jí)，經(jīng)過(guò)重新鍛造的1S和2S試樣的晶粒度為2級(jí)。產(chǎn)品狀態(tài)SY2的晶粒同樣非常粗大，晶粒度為1.5級(jí)。

圖2 晶粒度

原始狀態(tài)Y1非正常斷裂的形式均為沿晶的脆性斷裂，主要是因晶粒和組織粗大而造成的，晶界處未發(fā)現(xiàn)析出相。

經(jīng)過(guò)鍛造（1S、2S）和水壓試驗(yàn)的（SY1、SY2）樣品經(jīng)過(guò)熱加工后組織不僅沒(méi)有細(xì)化，個(gè)別的晶粒尺寸比鍛造以前還要粗大，說(shuō)明鍛造工藝存在問(wèn)題，或鍛打次數(shù)和終鍛溫度存在問(wèn)題，沒(méi)能夠細(xì)化組織，造成沿晶脆性斷裂。

3 改進(jìn)措施及效果驗(yàn)證

針對(duì)馬氏體時(shí)效鋼，分別采用一次正火和雙重正火處理的方式細(xì)化晶粒[2]。將原有試樣重新編號(hào)，按照新的熱處理制度再次進(jìn)行處理，見(jiàn)表2。

經(jīng)過(guò)正火處理后，試樣晶粒度有明顯的改善，并且雙重正火的晶粒細(xì)化效果明顯好于一次正火。正火處理細(xì)化的金相組織如圖3所示，晶粒度的評(píng)級(jí)結(jié)果見(jiàn)表3。通過(guò)正火處理，在金相組織中，未發(fā)現(xiàn)晶界處存在析出相。

表2 試樣熱處理制度

圖3 金相組織

表3 晶粒度評(píng)級(jí)結(jié)果 （級(jí)）

通過(guò)上述試驗(yàn)論證，將同批鍛件加工流程調(diào)整為：（原材料→鍛造）→雙重正火→毛坯固溶→一道次旋壓→道次間固溶→二道次旋壓→旋壓筒體時(shí)效→切頭組焊前后連接環(huán)→焊后時(shí)效。

對(duì)加工殼體逐件進(jìn)行水壓試驗(yàn)，采用上述流程加工的殼體，水壓期間未出現(xiàn)開(kāi)裂失效及其他失效現(xiàn)象，滿足設(shè)計(jì)水壓相關(guān)要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

1）殼體材料晶粒粗大是造成殼體水壓開(kāi)裂失效的直接原因。

2）T250馬氏體時(shí)效鋼通過(guò)正火處理，可以細(xì)化晶粒。

3）T250馬氏體時(shí)效鋼采用雙重正火細(xì)化晶粒的效果，優(yōu)于一次正火。