鋼鍛造裂紋分析

時(shí)間：2013-04-07 09:05:56 來(lái)源：作者：余德河，畢詠梅

摘要：針對(duì)20CrMnTiH鋼鍛造裂紋問(wèn)題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)觀鍛造裂紋的產(chǎn)生原因是原始材中存在氧化物夾雜、硅、錳成分偏析以及鍛遺加熱時(shí)間控制不當(dāng)?shù)取?/span>

關(guān)鍵詞：20CrMnTiH

1試驗(yàn)條件與方法

20CrMnTiH7～8級(jí)，強(qiáng)度高、韌性好，廣泛應(yīng)用于機(jī)械行業(yè)。萊蕪鋼鐵股份有限公司特鋼廠()20CrMnTiH鋼用戶反映在鍛造時(shí)有裂紋出現(xiàn)，特取試樣進(jìn)行分析。其化學(xué)成分和熱加工工藝分別見(jiàn)表1和表2。

20GrMnTiH鋼由鋸床下料。鍛造加熱在煤氣爐中進(jìn)行，其變形過(guò)程為；圓鋼()→墩粗→進(jìn)模打平→沖孔→擴(kuò)孔→整平→挖槽→修磨。在鐓粗工序中有多件鍛坯產(chǎn)生裂紋。裂紋基本呈橫向分布在上下表面上。每件有2～650mm1。5mm，深度約3～4mm，而且有的裂紋在末端呈放射狀。

2檢驗(yàn)結(jié)果

4%1、2、3和4。

1 20110615055929674.jpg

2 20110615055930343.jpg

圖1

20GrMnTiH

鋼組織400×圖2 20GrMnTiH100×

3 20110615055930896.jpg

4 20110615055931258.jpg

圖350×圖4100×

圖1中，20CrMnTiH+20m的方形AlN100X8級(jí)。

為顯示出20CrMnTiH鋼的裂紋缺陷，在400X下拍攝了其橫向裂紋如圖2所示。從該照片上可以看出。裂紋內(nèi)部有灰色的物質(zhì)，靠近裂紋的晶粒比裂紋兩邊較遠(yuǎn)處基體的晶粒要大得多，裂紋沿晶粒粗大處產(chǎn)生并擴(kuò)展。說(shuō)明在軋制過(guò)程中加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。

圖3是一裂紋末端形貌，由圖看出裂紋擴(kuò)展時(shí)有分叉，呈"Y"字形。照片上沿裂紋有黑色的斑點(diǎn)。為未清理掉的臟物。

圖488條不同的裂紋中也有部分裂紋分為更小的裂紋，呈放射狀。裂紋附近的晶粒明顯大于基體的晶粒。有過(guò)熱現(xiàn)象。

3分析及討論

(1)20CrMnTiH鋼的基體組織是正常的，圖4顯示在裂紋邊沿的晶粒比基體的晶粒要粗大，有微過(guò)熱現(xiàn)象。圖2，圖3，圖4照片的共同之處是裂紋內(nèi)部都有灰色的氧化物夾雜，說(shuō)明冶煉時(shí)排渣不凈，這是直接導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋的原因，但在原材料中并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有裂紋。伴隨著晶粒大小不均勻。由此我們推斷這是鍛造裂紋。另一方面。之所以形成上述罕見(jiàn)的這么多的裂紋，還有另外的因素�，F(xiàn)場(chǎng)觀察，由于控溫儀表的顯示誤差致使始軋溫度超過(guò)所規(guī)定的值，軋制時(shí)仍保留著B鐵素體和奧氏體的混合相，該兩相組織也進(jìn)一步導(dǎo)致了裂紋的擴(kuò)展。一旦出現(xiàn)微小裂紋，裂紋兩邊由于空氣的進(jìn)入而反應(yīng)導(dǎo)致脫碳，由于脫碳，裂紋兩邊出現(xiàn)貧碳區(qū)，晶粒長(zhǎng)大的阻力減小。所以裂紋兩邊的晶粒比基體的要大。此外，在圖4Mn、Cr1。11%和1。30%Mn0。01%。由于Mn、CrMn、Cr在裂紋處的偏析形成了過(guò)量的合金碳化物，增大了材料的脆性，所以形成了如圖4所示的裂紋。

(2)從受力情況分析，圖2，圖3和圖4裂紋都屬于張開(kāi)型裂紋，拉應(yīng)力垂直于裂紋擴(kuò)展面、裂紋沿作用力方向張開(kāi)，由于氧化物夾雜的塑性非常小，其邊緣產(chǎn)生應(yīng)力集中，材料受到的應(yīng)力為：

式中K---夾雜物與基體應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子；r---位移矢量。

KK1，所以σ>σ11時(shí)。裂紋就沿夾雜物與鋼基體接觸面產(chǎn)生并擴(kuò)展。這時(shí)鋼件的系統(tǒng)勢(shì)能下降，進(jìn)一步鍛造，在夾雜物尖端又集中了大量的應(yīng)力和勢(shì)能，當(dāng)這種應(yīng)力和勢(shì)能超過(guò)材料所能承受的韌性極限時(shí)，裂紋就會(huì)在夾雜物尖端向有組織缺陷和有更細(xì)小的夾雜物方向伸展，形成更小的沿晶裂紋，從而形成象圖3和圖4所示的形態(tài)。

4結(jié)論

該20CrMnTiH鋼裂紋是由下列兩種因素綜合作用的結(jié)果：其一是內(nèi)部有夾雜物，這直接導(dǎo)致了鋼件在鍛造中產(chǎn)生裂紋，是主要原因；其二是材料有徽過(guò)熱和成分偏析現(xiàn)象，形成組織缺陷，致使裂紋擴(kuò)展更加敏感。

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