國檢檢測歡迎您││↟▩!

微信公眾號|騰訊微博|網站地圖

全國服務熱線▩▩₪◕☁:

400-1188-260
13372307781

您可能還在搜▩▩₪◕☁: 無損檢測緊韌體檢測軸承檢測浙江綜合實驗機構

社會關注

分享▩▩₪◕☁:45鋼法蘭調質處理開裂原因分析

返回列表 來源▩▩₪◕☁:國檢檢測 檢視手機網址
掃一掃!分享▩▩₪◕☁:45鋼法蘭調質處理開裂原因分析掃一掃!
瀏覽▩▩₪◕☁:- 釋出日期▩▩₪◕☁:2021-08-30 13:55:55【

45鋼法蘭調質處理開裂原因分析

歐海龍1 2,金林奎1 2,黃持偉1 2,黃東彬1 2,楊宇飛1 2,鄧森瀚1 2

(1.廣東省東莞市質量監督檢測中心,東莞 523808;2.國家模具產品質量監督檢驗中心,東莞 523808)

    摘 要:某45鋼法蘭零件調質處理後內孔邊緣發生開裂.透過宏觀檢驗•·│↟╃、硬度測試•·│↟╃、化學成分分析•·│↟╃、金相檢驗的方法,對該45鋼法蘭的開裂原因進行了分析.結果表明:法蘭開裂的主要原因是法蘭內孔邊緣未倒角,淬火過程產生極大的表面拉應力,造成拉向應力開裂;另外基體存在枝晶狀組織,降低了材料的強度和韌性;熱處理過程中法蘭表面產生較嚴重的脫碳層,進一步降低了材料的表面強度,最終導致內孔邊緣淬火開裂.

    關鍵詞:45鋼;法蘭;應力開裂;枝晶狀組織;表面脫碳;應力集中

    中圖分類號:TG115.2 文獻標誌碼:B 文章編號:1001G4012(2017)07G0528G04


ReasonAnalysisonCrackingofa45SteelFlangeafter

QuenchingandTemperingTreatment

OUHailong

1,2,JINLinkui1,2,HUANGChiwei1,2,HUANGDongbin1,2,YANGYufei1,2,DENGSenhan1,2

(1.GuangdongDongguanQualitySupervisionTestingCenter,Dongguan523808,China;

2.NationalMoldProductQualitySupervisionandInspectionCenter,Dongguan523808,China)

Abstract:A45steelflangecrackedontheedgeoftheinnerholeafterquenchingandtemperingtreatment.

Thecrackingreasonsofthe45steelflangewereanalyzedbymacroscopicexamination,hardnesstesting,chemical

compositionanalysisandmetallographicexamination.Theresultsshowthat:themainreasonforthecrackingofthe

flangewasthattheholeedgeoftheflangewasn’tchamfered,whichproducedlargetensilestressonthesurface

duringquenchingprocessandcausedthetensilestresscracking;inaddition,dendritestructureexistedinthematrix

andreducedthestrengthandtoughnessofthematerial;intheprocessofheattreatment,theseveredecarburization

layerappearedonthesurfaceoftheflange,whichfurtherreducedthesurfacestrengthofthe material,and

eventuallyledtothecrackingontheedgeoftheinnerhole.

Keywords:45 steel;flange; stress cracking; dendrite structure; surface decarburization; stress

concentration

45鋼為常用的中碳調質結構鋼,具有較高的強度和較好的切削加工效能,經調質處理後可獲得一定的韌性•·│↟╃、塑性和耐磨性[1].某45鋼法蘭產品採用直徑300mm•·│↟╃、長6000mm 的圓棒下料,鍛造加工成外徑380mm•·│↟╃、內徑220 mm•·│↟╃、厚度115 mm 的鍛件,然後機加工成外徑370mm•·│↟╃、內徑235mm•·│↟╃、厚度105mm 的半成品,最後進行調質處理.該產品調質處理後內孔處存在開裂現象,筆者對開裂法蘭進行了一系列理化檢驗和分析,以查明法蘭件開裂的原因,並提出合理化的改進建議.

1 理化檢驗

1.1 宏觀檢驗

失效件為 環 狀 帶 內 孔 的 法 蘭 產 品,經 過 了 鍛造加工•·│↟╃、機加工及調質處理.在調質處理後,發現內孔邊緣分佈著10餘條徑向延伸的裂紋,裂紋開口最大的部 位 都 出 現 在 內 孔 邊 緣 的 尖 角 處,裂 紋表現為剛直的穿晶擴充套件特徵,擴充套件長度達35 mm,見圖1~2.

法蘭開裂部位外觀展示

    零件調質處理前的機加工極為粗糙,從裂紋部位擷取試樣進行宏觀觀察,可見與內孔壁相鄰的臺階平面上,橫向及縱向的刀痕極為粗大.試樣右側沿縱向粗糙刀痕產生一條縱向裂紋,與內孔邊緣尖角處開裂的裂紋相交於右下側,見圖3.試樣側面

    可更明顯地觀察到內孔邊緣的尖角部位,可見該零件內孔邊緣的尖角處沒有經過規範的圓角或倒角加工,見圖4.


圖4 內孔尖角處形貌



1.2 硬度測試

    從失效 法 蘭 上 截 取 試 樣,使 用 奧 地 利 QnessGQ150型全自動數顯洛氏硬度計進行硬度測試.測試結果表明,法蘭的硬度符合工廠內部要求,且各點硬度偏差不大,見表1.

表1 法蘭硬度測試結果


1.3 化學成分分析

    從失效法蘭上擷取試樣,試樣尺寸為25mm×25mm×15mm.使用牛津FOUNDRYGMASTERPRO 型全譜直讀光譜儀,對法蘭試樣進行化學成分分析,結果見表2.結果表明,該法蘭材料的化學成分符合 GB/T3077-2015«合金結構鋼»對45鋼的要求[2].

表2 法蘭材料的化學成分分析結果(質量分數)


1.3 金相檢驗

    非金屬夾雜物的含量對鋼材的強度及韌性有較大影響,含量越低表明材料具有越高的純淨度.依據 GB/T10561-2005«鋼中非金屬夾雜物含量的

    測定———標準評級圖顯微檢驗法»進行非金屬夾雜物含量評定,結果如表3所示,可見材料中非金屬夾雜物的含量符合 GB/T3077-2015的要求.

    在失效法蘭開裂處擷取試樣,進行金相檢驗.可見裂紋起始處曲折擴充套件,向裡層及下方延伸,裂紋兩側偶對性較強,見圖5.裂紋中部及尾部或曲折或平直擴充套件,裂紋兩側同樣具有較強的偶對性,見圖6.裂紋在擴充套件過程中,存在 單 側 分 布 的 二 次 裂紋,這種裂紋擴充套件形態屬於應力開裂的特徵組織,因此可以推斷材料失效屬於脆性應力開裂[3],見圖7.



表3 非金屬夾雜物含量檢測結果

圖5 裂紋端部形貌


    圖6.裂紋在擴充套件過程中,存在 單 側 分 布 的 二 次 裂紋,這種裂紋擴充套件形態屬於應力開裂的特徵組織,因此可以推斷材料失效屬於脆性應力開裂[3],見圖7.

圖7 應力裂紋形貌


    沿裂紋擴充套件的垂直方向擷取試樣,經硝酸酒精侵蝕後進行觀察,可見試樣表面呈現大理石花紋,見圖8.低倍觀察發現,材料中白亮的枝晶狀偏析較為嚴重,見圖9.這是由於原材料直徑較大,在軋製及鍛造加工過程中,未能將原始枝晶組織充分打碎,使得材料組織呈現顏色深淺不一的形貌特徵.材料組織的應力分佈不均勻,極易導致工件應力集中併發生淬火開裂.

    經測量,該失效法蘭內孔邊緣尖角處的過渡圓角半徑只有0.095mm,見圖12,正常的過渡圓角半徑應不小於2 mm,實測過渡圓角半徑與正常的過渡圓角半徑相差太大,極易產生淬火應力集中開裂.

依據 GB/T224-2008«鋼的脫碳層深度測定法»進行檢測,法蘭表面及內孔邊緣尖角處的表面脫碳層達0.13mm,見圖10,使法蘭表面的強度明顯降低,開裂傾向進一步增大.裂紋源處的表面脫碳層同樣在0.10mm 左右,斷口表層呈現曲折的沿晶開裂,見 圖11.在裂紋源附近的表層組織中,脫碳層內的

    鐵素體組織已經形成沿晶開裂[4],見圖12.零件基體調質組織為保留馬氏體位相的回火索氏體,有少量殘餘鐵素體,見圖13,表明熱處理的淬火烈度較高.淬火介質烈度越高,材料組織的淬透性越好,但其導致的淬火開裂傾向也越大[5].

圖8 試樣侵蝕後宏觀形貌


    依據 GB/T224-2008«鋼的脫碳層深度測定法»進行檢測,法蘭表面及內孔邊緣尖角處的表面脫碳層達0.13mm,見圖10,使法蘭表面的強度明顯降低,開裂傾向進一步增大.裂紋源處的表面脫碳層同樣在0.10mm 左右,斷口表層呈現曲折的沿晶開裂,見 圖11.在裂紋源附近的表層組織中,脫碳層內的鐵素體組織已經形成沿晶開裂[4],見圖12.零件基體調質組織為保留馬氏體位相的回火索氏體,有少量殘餘鐵素體,見圖13,表明熱處理的淬火烈度較高.淬火介質烈度越高,材料組織的淬透性越好,但其導致的淬火開裂傾向也越大[5].

圖11 表面脫碳層形貌

圖12 表層沿晶開裂形貌


2 分析與討論

    調質處理是淬火加高溫回火的雙重熱處理,目的是使工件具有良好的綜合力學效能.調質淬火得到的是淬火馬氏體組織,高溫回火得到的是回火索氏體組織.在淬火過程中,當淬火產生的應力大於材料本身的強度,便會導致裂紋產生.淬火裂紋往往是在馬氏體轉變開始後不久就已產生,裂紋一般分佈在工件的尖角•·│↟╃、截面突變處,這就是材料的淬火應力集中開裂[6].

    應力集中是指受力構件由於幾何形狀•·│↟╃、外形尺寸發生突變,而引起區域性範圍內應力顯著增大的現象.當受力時,材料表面及缺陷處存在的應力遠大於平均應力.淬火開裂與工件形狀有密切關係,工件上的缺口•·│↟╃、稜角•·│↟╃、尖角•·│↟╃、溝槽和斷面急劇變化的部位,都是淬火應力集中的地方,是淬裂的危險部位.法蘭零件內孔邊緣沒有倒角,在調質處理後內孔邊緣尖角處開裂,就是因為該處應力集中,淬火過程中產生極強的表面拉應力,造成零件內孔邊緣拉

嚮應力開裂[7].

    零件在鍛造時未能充分揉鍛,原始鑄造組織未被打碎,材料組織中的枝晶狀組織未能得到改善,材料的強度和韌性明顯降低.熱處理過程中,由於沒有采取規範的氣氛保護措施,零件表面形成了較嚴重的脫碳層,顯著降低了零件的表面強度,使內孔邊緣拉向開裂傾向更大[8].

3 結論

    45鋼法蘭零件內孔開裂的主要原因是,未按規範要求進行機加工,內孔邊緣未倒角,致使該處應力集中,造成零件內孔拉向應力開裂.材料基體中的枝晶組織降低了材料的強度和韌性,表面脫碳層降低了材料的強度,使內孔邊緣拉向開裂更嚴重.

4 建議

    對零件的原材料必須嚴格執行進貨檢驗制度,必須按照有關標準要求對材料的低倍組織及顯微組織進行檢測,包括材料的偏析及疏鬆•·│↟╃、非金屬夾雜物•·│↟╃、顯微組織以及晶粒度等專案,各項指標檢查合格後方可接受.

    零件在軋製及鍛造加工過程中,必須加大鍛造的一次變形量,進一步打碎原始枝晶組織,使組織更加均勻細化,為後期熱處理的產品質量提供保障.

    嚴格按照規範要求進行熱處理前的機加工,特別是凹槽•·│↟╃、臺階及尖角部位,必須保證半徑2mm 的圓角或45°×2mm 的倒角,降低熱處理過程中淬火應力集中開裂的傾向.

(文章來源▩▩₪◕☁:材料與測試網-理化實驗-物理分冊)

最新資訊文章

乱中年女人伦av三区,中文字幕亚洲爆乳无码专区,精品国产一区二区三区不卡在线,国产亚洲欧美日韩俺去了