钢锻造裂纹分析

http://www.microimage.com.cn(2011-06-15 15:06:12)

余德河,毕咏梅

:针对20CrMnTiH钢锻造裂纹问题进行实验,发观锻造裂纹的产生原因是原始材中存在氧化物夹杂、硅、锰成分偏析以及锻遗加热时间控制不当等。

关键词20CrMnTiH

1试验条件与方法

20CrMnTiH78级,强度高、韧性好,广泛应用于机械行业。莱芜钢铁股份有限公司特钢厂()20CrMnTiH钢用户反映在锻造时有裂纹出现,特取试样进行分析。其化学成分和热加工工艺分别见表1和表2

20GrMnTiH钢由锯床下料。锻造加热在煤气炉中进行,其变形过程为;圆钢()→墩粗→进模打平→冲孔→扩孔→整平→挖槽→修磨。在镦粗工序中有多件锻坯产生裂纹。裂纹基本呈横向分布在上下表面上。每件有2650mm15mm,深度约34mm,而且有的裂纹在末端呈放射状。

2检验结果

4%1234

1

20GrMnTiH

钢组织400×图2 20GrMnTiH100×

350×图4100×

1中,20CrMnTiH+20m的方形AlN100X8级。

为显示出20CrMnTiH钢的裂纹缺陷,在400X下拍摄了其横向裂纹如图2所示。从该照片上可以看出。裂纹内部有灰色的物质,靠近裂纹的晶粒比裂纹两边较远处基体的晶粒要大得多,裂纹沿晶粒粗大处产生并扩展。说明在轧制过程中加热时间过长。

3是一裂纹末端形貌,由图看出裂纹扩展时有分叉,呈"Y"字形。照片上沿裂纹有黑色的斑点。为未清理掉的脏物。

488条不同的裂纹中也有部分裂纹分为更小的裂纹,呈放射状。裂纹附近的晶粒明显大于基体的晶粒。有过热现象。

3分析及讨论

(1)20CrMnTiH钢的基体组织是正常的,图4显示在裂纹边沿的晶粒比基体的晶粒要粗大,有微过热现象。图2,图3,图4照片的共同之处是裂纹内部都有灰色的氧化物夹杂,说明冶炼时排渣不净,这是直接导致产生裂纹的原因,但在原材料中并没有发现有裂纹。伴随着晶粒大小不均匀。由此我们推断这是锻造裂纹。另一方面。之所以形成上述罕见的这么多的裂纹,还有另外的因素。现场观察,由于控温仪表的显示误差致使始轧温度超过所规定的值,轧制时仍保留着B铁素体和奥氏体的混合相,该两相组织也进一步导致了裂纹的扩展。一旦出现微小裂纹,裂纹两边由于空气的进入而反应导致脱碳,由于脱碳,裂纹两边出现贫碳区,晶粒长大的阻力减小。所以裂纹两边的晶粒比基体的要大。此外,在图4MnCr111%130%Mn001%。由于MnCrMnCr在裂纹处的偏析形成了过量的合金碳化物,增大了材料的脆性,所以形成了如图4所示的裂纹。

(2)从受力情况分析,图2,图3和图4裂纹都属于张开型裂纹,拉应力垂直于裂纹扩展面、裂纹沿作用力方向张开,由于氧化物夹杂的塑性非常小,其边缘产生应力集中,材料受到的应力为:

式中K---夹杂物与基体应力场强度因子;r---位移矢量。

KK1,所以σ>σ11时。裂纹就沿夹杂物与钢基体接触面产生并扩展。这时钢件的系统势能下降,进一步锻造,在夹杂物尖端又集中了大量的应力和势能,当这种应力和势能超过材料所能承受的韧性极限时,裂纹就会在夹杂物尖端向有组织缺陷和有更细小的夹杂物方向伸展,形成更小的沿晶裂纹,从而形成象图3和图4所示的形态。

4结论

20CrMnTiH钢裂纹是由下列两种因素综合作用的结果:其一是内部有夹杂物,这直接导致了钢件在锻造中产生裂纹,是主要原因;其二是材料有徽过热和成分偏析现象,形成组织缺陷,致使裂纹扩展更加敏感。

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