42CrMo筒體鍛件超標(biāo)缺陷分析與改進措施

發(fā)布時間：2021-05-29 人氣：

42CrMo材料強度高，韌性和淬透性好,淬火變形小，無明顯的回火脆性,在調(diào)質(zhì)處理后有較高的疲勞極限和抗多次沖擊能力且低溫沖擊韌性良好，一直被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。
在生產(chǎn)一批次42CrMo筒體鍛件時，按工藝要求在粗加工工序結(jié)束后對鍛件進行超聲檢測，

發(fā)現(xiàn)其中某一鍛件在靠近冒口端位置存在超標(biāo)缺陷,導(dǎo)致該鍛件無法正常使用。為找出造成超標(biāo)缺陷的原因并提出相應(yīng)改進措施，對該筒體鍛件缺陷部位進行了解剖分析。
試樣制取及檢測方法
42CrMo筒體鍛件制造流程為:EBT電爐冶煉→LF精煉→真空碳脫氧→真空澆注→鋼錠壓鉗口、倒棱→鐓粗→沖孔→拔長→擴孔→精整毛坯→機加工→超聲檢測→熱處理。在機加工工序結(jié)束后進行超聲檢測，發(fā)現(xiàn)在鍛件上距冒口端500 mm范圍內(nèi)，徑向深度（160 -250)mm的環(huán)帶內(nèi)存在密集型缺陷，***大參考當(dāng)量04. 7 nrni,而標(biāo)準要求***大缺陷當(dāng)量不大于02 mm。
在鍛件冒口端缺陷部位切取厚20mm的低倍試樣，銑平后進行低倍熱酸蝕試驗和斷口試驗，觀察試樣的宏觀形貌。在宏觀缺陷部位切取20 mm x 20 mm x 20 mm的金相試樣，經(jīng)處理后，在金相顯微鏡下觀察組織形貌。利用KYKY2800 型掃描電鏡對金相試樣缺陷部位進行觀察分析，使用能譜分析儀觀察裂紋痕跡

宏觀分析
試樣低倍酸浸宏觀形貌，在試塊上存在多條微小裂紋，且大致呈平行分布。未發(fā)現(xiàn)氣孔、疏松和偏析等其他缺陷。
將低倍試塊中間沿缺陷背面開槽壓斷,斷口形貌可以看出，斷口為結(jié)晶狀，上面分布著許多黑色的小孔洞類缺陷。從缺陷的分布和特怔看來,排除氣孔缺陷的可能。取斷片進行調(diào)質(zhì)處理,處理后在中間開槽斷，斷口明性變形明顯，為纖維狀，但上面仍然分布著顏色較深的點狀和孔洞缺陷，故可排除白點缺陷的可能。
金相分析
在低倍缺陷處取金相試樣進行顯微組織分析。試樣經(jīng)磨制、拋光后在金相顯微鏡下進行觀察，發(fā)現(xiàn)裂紋缺陷為夾雜物缺陷，其***部位及周圍存在大量氧化物夾雜。用4%硝酸酒精溶液腐蝕后，在金相顯微鏡下觀察，忒樣的組織為貝氏體，晶粒度為7級，組織正常，試樣的金相敁微組織形貌。
掃描電鏡及能譜分析
在斷口試塊缺陷處取樣進行電鏡分析，缺陷部位組織形貌見脅出，孔洞缺陷為開裂的裂紋面,其他區(qū)域斷裂形式為解理斷裂: 將裂紋處放大看出開裂面上聚集著大量的顆粒狀夾雜物。
為明確開裂面上夾雜物的性質(zhì),利用掃描電鏡對所發(fā)現(xiàn)的裂紋和夾雜物進行能譜分析。分別對夾雜物區(qū)域、夾雜物附近、正常斷裂區(qū)和裂紋邊緣進行半定量成分分析。
缺陷成因分析
從試驗分析結(jié)果可知，筒體鍛件冒口部位的超標(biāo)缺陷為大型氧化鋁和氧化鈦夾雜物以及夾雜物造成的裂紋。
該筒體鍛件冶煉過程中主要采用鋁脫氧，生成的脫氧產(chǎn)物以氧化鋁類為主。另外,為了達到鍛件力學(xué)性能的要求,冶煉出鋼前加人約0.030% 的鈦,在真空澆注倒屮間包的過程中鋼水與大氣接觸,造成鋼水中的鈦氧化，產(chǎn)生氧化鈦類夾雜。此外，該爐鋼水生產(chǎn)時采用了較大沏號的中間包，而精煉包熔煉鋼水噸位較小,倒包過程中熱損失較大并且鋼水與精煉渣劇烈混沖，渣子未完全上浮即達到開澆溫度的下限，使精煉渣隨鋼水澆注至鋼錠模中，***終殘留在鋼錠冒口線以下的部位，導(dǎo)致鍛造的筒體出現(xiàn)環(huán)狀密集型超標(biāo)缺陷。
冒口區(qū)存在的氧化鋁類和氧化鈦類脆性夾雜物與基體的物性及力學(xué)性能差別較大，在受力變形過程中脆性夾雜物不能隨金屬相應(yīng)變形，變形大的鋼基體就會在變形小的夾雜物周圍產(chǎn)生塑性流動，其連接處出現(xiàn)應(yīng)力集中，產(chǎn)生微裂紋。在鍛件塑性變形過程中，脆性的氧化鋁類和氧化鈦類夾雜物沿主變形方向被打碎，因此在宏觀形貌上出現(xiàn)了近似平行的夾雜物裂紋痕跡。
改進措施
大型夾雜物和夾雜物裂紋是引起該筒體鍛件缺陷超標(biāo)的主要原因，而夾雜物是在鋼錠澆注過程出現(xiàn)的。針對該問題提出改進措施：
(1) 在真空澆注時，對于噸位較小的鋼包，盡量采用小型號的中間包，避免倒包過程中溫度損失過多，導(dǎo)致澆注溫度偏低，影響鋼水流動和夾雜物上浮；
(2) 適當(dāng)提髙鋼水的出鋼溫度，保證鋼水進入中間包后距離澆注溫度上限有10T的富余量。這樣有利于倒包后鋼中夾雜物順利上浮到表面；
(3) 在真空澆注到冒口部位后，適當(dāng)降低澆注速度，避免精煉渣澆注到鋼錠模中。

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