姜影，牛迎春，鄭業(yè)方，夏玉亮，王玉才

株洲中車天力鍛業(yè)有限公司 湖南株洲 412001

1 序言

某30CrNiMo8鋼臂銷[1]調(diào)質(zhì)后，發(fā)現(xiàn)在縱面出現(xiàn)開裂，開裂位置及宏觀裂紋形態(tài)如圖1所示。臂銷原材料為鍛坯，經(jīng)下料→鍛造→粗加工→調(diào)質(zhì)等工藝生產(chǎn)而成，臂銷結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 30CrNiMo8鋼臂銷開裂位置

圖2 臂銷結(jié)構(gòu)

2 檢測(cè)與結(jié)果

2.1 裂紋宏觀形貌

從樣品外觀觀察發(fā)現(xiàn)有兩條宏觀裂紋：一條為貫穿裂紋1，如圖3所示；另一條為臺(tái)階處的裂紋2，如圖4所示。

圖3 貫穿裂紋1

圖4 臺(tái)階處折疊裂紋2

樣品裂紋中部（裂紋起源）存在截面尺寸突變結(jié)構(gòu)，且變截面過(guò)渡處倒角、倒圓較小。

2.2 金相檢測(cè)

裂紋1斷口形貌如圖5所示，在圖5標(biāo)記位置取樣，試樣打磨、拋光、侵蝕后置于GX-51顯微鏡下做金相組織檢測(cè)，結(jié)果如圖6所示。由圖6可知，由于裂紋附近無(wú)明顯的氧化脫碳，因此該裂紋應(yīng)為淬火過(guò)程中產(chǎn)生的裂紋。

圖5 裂紋1斷口形貌

圖6 裂紋1附近金相組織（100×）

對(duì)裂紋2取樣做金相檢測(cè)，試樣經(jīng)打磨、拋光后，置于GX-51顯微鏡下做金相組織檢測(cè)，結(jié)果如圖7所示。由圖7可知，試樣裂紋附近有氧化和脫碳，裂紋深度2.9mm，裂紋內(nèi)充滿淬火冷卻介質(zhì)，裂紋沒(méi)有擴(kuò)展現(xiàn)象，應(yīng)為淬火前裂紋。

圖7 裂紋2附近金相組織

2.3 硬度及性能檢測(cè)

在樣品R/2位置處取樣檢測(cè)布氏硬度及力學(xué)性能，結(jié)果見表1，力學(xué)性能符合技術(shù)要求。

表1 臂銷拉伸性能及硬度檢測(cè)

2.4 化學(xué)成分檢測(cè)

在臂銷開裂位置取樣，用直讀光譜儀按照技術(shù)協(xié)議，用光譜儀做成分檢測(cè)，結(jié)果見表2?；瘜W(xué)成分滿足技術(shù)要求。

表2 臂銷化學(xué)成分檢測(cè)結(jié)果（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

2.5 高倍金相組織檢測(cè)

試樣拋光后采用光學(xué)顯微鏡觀察裂紋附近組織，在樣品R/2位置處取樣檢測(cè)金相組織，晶粒度7.5級(jí)，金相組織為索氏體，未發(fā)現(xiàn)組織異常，金相組織檢測(cè)結(jié)果如圖8所示。

圖8 金相組織

3 結(jié)果及討論

熱處理過(guò)程中的開裂是最嚴(yán)重的熱處理失效。造成開裂的原因往往是諸多因素共同作用的結(jié)果，典型的有原材料因素、零件結(jié)構(gòu)因素、熱處理工藝因素等[1，2]。

一般當(dāng)產(chǎn)品來(lái)料存在顯微裂紋或其他冶金缺陷時(shí)，在淬火過(guò)程受到組織轉(zhuǎn)變、溫度變化的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力共同作用下，必然會(huì)擴(kuò)展和誘發(fā)形成熱處理裂紋，一般以宏觀裂紋為主，也存在內(nèi)裂。典型的原材料缺陷包含偏析、帶狀組織、不合格的預(yù)備熱處理顯微組織、鍛造折疊等。一般在熱處理過(guò)程中，當(dāng)零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上存在薄厚不均、開槽、通孔及盲孔等結(jié)構(gòu)時(shí)，且當(dāng)熱處理工藝在一定范圍內(nèi)時(shí)，由于結(jié)構(gòu)不合理都會(huì)在局部位置產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而出現(xiàn)崩角、開裂等問(wèn)題。某些情況下由于脫碳和增碳會(huì)增加淬火開裂傾向，因此加熱過(guò)程中應(yīng)盡可能減少零件表面的脫碳和增碳[3-5]。

上述臂銷的硬度、化學(xué)成分符合要求，金相組織正常，產(chǎn)品符合技術(shù)要求，由此可知，其熱處理過(guò)程滿足技術(shù)要求，無(wú)明顯異常。該開裂臂銷的裂紋從大的貫穿裂紋（裂紋1）來(lái)看，其裂紋源處于變截面尺寸結(jié)構(gòu)圓弧過(guò)渡或倒角較小部位，導(dǎo)致在淬火過(guò)程中產(chǎn)生較大應(yīng)力，形成貫穿整個(gè)工件的裂紋。該裂紋的產(chǎn)生主要是由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，局部區(qū)域有效厚度較薄，從而導(dǎo)致在同等淬火冷卻介質(zhì)條件下冷卻速度過(guò)快，加速了馬氏體組織轉(zhuǎn)變，增加了開裂傾向。在臺(tái)階位置（裂紋2）的裂紋缺陷證明，在淬火前就存在微裂紋，但該裂紋在淬火過(guò)程中未擴(kuò)展，主要是存在較大的貫穿裂紋和淬火前裂紋，說(shuō)明熱處理工藝合理，與裂紋形成無(wú)直接關(guān)系。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，調(diào)質(zhì)組織無(wú)過(guò)熱、過(guò)燒特征，硬度、化學(xué)成分符合要求，金相組織正常，產(chǎn)品符合技術(shù)要求，造成臂銷開裂的主要因素如下。

1）零件結(jié)構(gòu)存在明顯的臺(tái)階，且臺(tái)階厚度14mm，臺(tái)階過(guò)渡位置圓弧過(guò)渡較小，淬火時(shí)由于冷卻速度過(guò)快，導(dǎo)致組織應(yīng)力較大，從而增加了產(chǎn)品開裂傾向。

2）鍛造自身裂紋缺陷未消除，存在脫碳層及微小裂紋，容易造成淬火應(yīng)力不均，使裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致淬火開裂。