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    撫順特鋼H13
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    大型H13外套經淬火+兩次回火,熱裝后脆性開裂

    文章出處:未知責任編輯:模具鋼人氣:發表時間:2018-12-09 23:30

      某公司最近有一件原料為H13(4Cr5MoSiV1),外徑為1460mm、內徑為700mm的外筒,在熱裝完成后機加工過程中發生多處開裂,裂紋主要沿縱向開裂,也有沿周向散布的次裂紋,其開裂描摹如圖1所示。

      該外筒的工藝過程為:鑄造→鑄造→調質→淬火→兩次回火→熱裝→機加工,其中淬火溫度:1050℃;回火溫度:第一次580℃,第二次600℃。熱裝溫度要求300℃,實踐溫度為近500℃。表里筒的配合過盈量契合規范要求。

      為剖析外筒開裂的原因,現查驗剖析如下:

      1.化學成分剖析

      采用ARC-MET8000便攜式全譜直讀光譜儀,對開裂外筒試樣進行化學成分剖析,成果如表1所示,可見該外筒的化學成分契合規范要求。

      表1 外筒的化學成分(質量分數)       (%)

      2.硬度查驗

      經過對實體硬度檢測,其均勻硬度為55~56HRC。經調查,該件淬火、回火后加工前的硬度為50~52HRC,而技術要求為48~52HRC。工件實踐硬度比圖樣要求的硬度略高。

      3.性能實驗

      為進一步驗證性能目標,在開裂的工件上切取試樣,其實驗成果如表2所示。

      表2  力學性能結果

     

    指標

    Rm/ MPa

    Re /MPa

    Z%

    A%

    KU/J

    試樣

    2060

    1880

    8.80

    27.5

    8/10/11

    要求值

    1740

    1450

    13.5

    45

    54

     

    從實驗成果表明,強度目標過高,而塑、韌性目標過低。

      4.斷口剖析

      開裂外筒的斷口微觀特征為斷面較為平整、潤滑,無顯著的塑性變形痕跡,屬于脆性斷裂。同時在斷口上發現下列現象,斷面上散布著比較潤滑的小亮點,有金屬光澤,呈銀灰色,這是典型的萘狀斷口,如圖5所示。

      依據相關資料,發生萘狀斷口的主要原因:

      (1)在鑄造工藝過程中終端溫度過高,或鍛件過熱且變形量較小易發生萘狀斷口。

      (2)因為熱處理工藝中接連兩次淬火,中心未經退火也簡單發生萘狀斷口。呈現這種斷口,資料的力學性能差,并且沖擊韌度也顯著降低。

      5.安排查驗

      在開裂的工件上取樣,經過酸蝕,對安排查驗剖析,其安排為板條狀馬氏體+殘留奧氏體+顆粒狀碳化物。其中板條馬氏體存在色澤上的差異,有深灰色的板條馬氏體和淺白色的馬氏體,淺白色馬氏體是因為殘留奧氏體轉變形成的,疑為未回火馬氏體或其他非馬氏體安排,導致這一現象的原因是殘留奧氏體量過多,回火不充分??傊?,板條馬氏體比較粗大(見圖6),根據JB/T8420—1996《熱作模具鋼顯微安排評級》鑒定,馬氏體針規范級別為≥5級。

      6.綜合剖析

      綜上所述,外筒的化學成分各元素含量均滿足規范要求;工件的強度過高,而塑、韌性過低,硬度較高;在顯微安排查驗中發現了粗大的板條馬氏體和非回火馬氏體;斷口微觀描摹顯現該外筒開裂具有脆性開裂特征。因此,該H13外筒開裂的原因可以歸納為以下幾點:

      (1)鑄造缺點。因為萘狀斷口的發生,這是因為在鑄造中終鍛溫度過高形成的過熱現象,導致馬氏體粗大的原因之一。呈現這種斷口,資料的力學性能差,并且沖擊韌度也顯著降低。

      (2)回火不足。因為外筒回火兩次,安排中存在較多的殘留奧氏體,在不斷地轉變成馬氏體,所以一次、二次回火很難較大幅度地消除淬火后資料內部剩余應力。

      (3)假如加熱溫度過高,或保溫時間過長,也是形成粗大板條狀馬氏體的原因,使硬度增高,脆性增大,因此存在較大的內應力。

      7.預防措施

      (1)改進鑄造工藝,避免鑄造缺點的發生。

      (2)加強熱處理工藝的執行,充分回火,細化晶粒,減少內應力。

      此次事端使公司受到了嚴重的損失,但是可以經過此次教訓找到問題的原因所在,進而發現此類大型高溫零件的工藝漏洞,后續將逐漸改善工藝上的不足,不斷提高自己。

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