車用緊固件的開裂剖析及改良預(yù)防
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車用緊固件的開裂剖析及改良預(yù)防
改進(jìn)措施步驟：
(1)要求軋鋼廠改進(jìn)鋼材質(zhì)量要求軋鋼廠采用電渣重熔，增大鋼液結(jié)晶速度，增大鍛軋比，提高終軋溫度和擴(kuò)散退火等措施來改善或避免材料帶狀組織的產(chǎn)生。
(2)加強(qiáng)管理，完善制度
①從源頭入手，嚴(yán)把原材料入廠關(guān)，同鋼廠簽定所購鋼材技術(shù)協(xié)議，對所需鋼材不僅要求帶狀組織小于3級(jí)，而且還要對所購鋼材的化學(xué)成分、疏松與偏析、非金屬夾雜、晶粒度、力學(xué)性能和表面粗糙度等指標(biāo)提出具體要求。并對進(jìn)廠鋼材進(jìn)行帶狀組織及表面粗糙度等檢查，要求帶狀組織小于3級(jí)及表面粗糙度合格的鋼材(包括其它指標(biāo)也得合格)方可進(jìn)廠。
②在鋼材投入生產(chǎn)前，應(yīng)先進(jìn)行一次低倍的熱酸蝕檢驗(yàn)，防止有原始裂紋鍛軋件的流入下道工序。
③對表面粗糙度較差的緊固件棒料在熱處理前進(jìn)行一次粗車，提高表面質(zhì)量，消除后續(xù)調(diào)質(zhì)處理的應(yīng)力集中源。
采取以上改進(jìn)措施后，沒有再發(fā)生類似問題，使生產(chǎn)正常進(jìn)行，杜絕了裂紋件的產(chǎn)生，產(chǎn)品質(zhì)量得到了有效控制。
剖析車用緊固件的開裂情況及預(yù)防注意事項(xiàng)：
1、緊固件技術(shù)要求
1.1材料
1.2技術(shù)要求
2、熱處理工藝與設(shè)備
(1)緊固件棒料淬火加熱采用RJJ210529T型井式氣體滲碳爐。清洗除油采用自制60kW筒形清洗槽?；鼗鸩捎肈L150型井式回火爐。
(2)調(diào)質(zhì)工藝路線為930℃加熱淬火→20～30min油槽淬火→(70～80)℃×5min清洗→650℃回火→交檢。
3、檢驗(yàn)方法與結(jié)果
3.1宏觀分析
失效件裂紋形式均為縱向裂紋，表面裂紋1～3條不等，大部分裂紋深至中心。
3.2化學(xué)成分檢測
任意找一裂紋件取樣進(jìn)行分析，主要化學(xué)成分的檢測結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)。
3.3硬度測定
在裂紋件軸向的中部機(jī)械加工成寬60mm，深2mm的平面，采用HB23000型布氏硬度計(jì)檢測布氏硬度，檢測結(jié)果為310HB、315HB、312HB，合格。
3.4金相分析
將帶有裂紋的棒料橫向切割，發(fā)現(xiàn)裂紋從表面到中心深10～30mm.對裂紋附近從外廓至心部做金相分析，結(jié)果是：分布較均勻的回火索氏體，3級(jí)，合格;晶粒度為5級(jí)，合格。
將帶有裂紋的棒料切取試塊，做900℃×1h的緩慢退火，結(jié)果是：裂紋沿帶狀組織中的鐵素體帶起裂并擴(kuò)展，裂紋與帶狀組織的方向平行。裂紋附近金相分析結(jié)果是：帶狀組織極為粗大，大于4級(jí)。
3.5裂紋斷口形貌觀察
用線切割將帶有裂紋的試塊沿裂紋面剖開，檢查其斷口，觀測結(jié)果是：裂紋面上無氧化顏色，裂紋四周也沒有脫碳現(xiàn)象，說明裂紋是在淬火時(shí)及隨后產(chǎn)生的。裂紋面較光潔細(xì)密，而非灰色及粗糙的狀態(tài)，因此可以判定不是淬火加熱溫度過高或原始組織粗大所至。
4、結(jié)果分析與討論
(1)根據(jù)檢測失效件的化學(xué)成分表明，汽輪機(jī)緊固件棒料的材質(zhì)符合GB/T122121992《鐵素體馬氏體耐熱鋼的化學(xué)成分和力學(xué)性能》國家標(biāo)準(zhǔn)，因此材料正確。
(2)根據(jù)裂紋件綜合分析所揭示的各種形態(tài)特征可以判定：裂紋的產(chǎn)生不是淬火加熱溫度過高或加熱時(shí)間過長或原始組織粗大所至，是工件在淬火時(shí)及隨后產(chǎn)生的。
(3)由文獻(xiàn)指出，低碳合金鋼中的帶狀組織是鋼材軋制過程中形成的，是以先共析鐵素體為主的帶與以珠光體為主的帶彼此堆疊而成的鑄態(tài)組織，是經(jīng)常出現(xiàn)在鋼材中的缺陷組織。
由于鋼液在鑄錠結(jié)晶過程中選擇性結(jié)晶，形成化學(xué)成分不均勻分布的枝晶組織。鑄錠中粗大枝晶在軋制時(shí)沿變形方向被拉長，并逐漸與變形方向一致，從而形成碳及合金元素的貧化帶彼此交替堆疊。
在緩冷中，先在碳及合金元素貧化帶析出先共析鐵素體，并將多余的碳排入兩側(cè)的富化帶，最終形成以鐵素體為主的帶;碳及合金元素的富化帶中，過冷奧氏體穩(wěn)定性較高，其后轉(zhuǎn)變?yōu)橐灾楣怏w為主的帶，因而形成以鐵素體為主的帶與以珠光體為主的帶彼此交替的帶狀組織。因此，帶狀組織形成原因是由于鑄態(tài)組織中存在比較嚴(yán)重的偏析。熱軋后，偏析區(qū)將形成帶狀組織。成分偏析越嚴(yán)重，形成的帶狀組織也越嚴(yán)重。合金元素的帶狀偏析是形成帶狀珠光體2鐵素體組織的必要條件，這種合金元素的帶狀偏析不容易消除。
帶狀組織的出現(xiàn)增大了工件的畸變與開裂的傾向。由此可以判定，帶有裂紋的棒料產(chǎn)生軸向裂紋的主要原因是由于帶狀組織嚴(yán)重超差造成的。
因?yàn)閹罱M織相鄰帶的顯微組織不同，它們的性能不同，在外力(如熱處理過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力與組織應(yīng)力)作用下，性能低的帶易暴露出來，而且強(qiáng)弱帶之間會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，因而造成了總體力學(xué)性能降低，并且有明顯的各向異性。這使得材料的橫向斷裂強(qiáng)度大大低于縱向斷裂強(qiáng)度。在熱處理過程中，組織應(yīng)力和熱應(yīng)力在這些成分不均勻的偏析微區(qū)將會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，最終導(dǎo)致棒料在熱處理淬火過程中沿此薄弱區(qū)開裂。
通過分析，2Cr12NiMoWV屬高淬透性馬氏體鋼，熱處理過程中，組織應(yīng)力較大，這也加大了裂紋的產(chǎn)生?，F(xiàn)場調(diào)查還發(fā)現(xiàn)，此批產(chǎn)生裂紋的棒料表面比較粗糙，沿軸向表面有細(xì)小壟溝，這是棒料在鍛軋過程中產(chǎn)生的，這些地方易形成應(yīng)力集中，是誘發(fā)產(chǎn)生淬火裂紋的薄弱環(huán)節(jié)。
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