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    42CrMo筒體鍛件超標(biāo)缺陷分析與改進(jìn)措施

    2024-09-10 16:54

     42CrMo材料強(qiáng)度高,韌性和淬透性好,淬火變形小,無(wú)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(shí),按工藝要求在粗加工工序結(jié)束后對(duì)鍛件進(jìn)行超聲檢測(cè),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(wú)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(jìn)措施,對(duì)該筒體鍛件缺陷部位進(jìn)行了解剖分析。

    鍛件

    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(zhǎng)—擴(kuò)孔—精整毛坯—機(jī)加工—超聲檢測(cè)—熱處理。在機(jī)加工工序結(jié)束后進(jìn)行超聲檢測(cè),發(fā)現(xiàn)在鍛件上距冒口端500mm范圍內(nèi),徑向深度(160-250)mm的環(huán)帶內(nèi)存在密集型缺陷,最大參考當(dāng)量直徑4.7mm,而標(biāo)準(zhǔn)要求最大缺陷當(dāng)量不大于直徑2mm。

    在鍛件冒口端缺陷部位切取厚20mm的低倍試樣,銑平后進(jìn)行低倍熱酸蝕試驗(yàn)和斷口試驗(yàn), 觀察試樣的宏觀形貌。在宏觀缺陷部位切取20mmx20mmx20mm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(duì)金相試樣缺陷部位進(jìn)行觀察分析, 使用能譜分析儀觀察裂紋痕跡。

    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(kāi)槽壓斷,斷口形貌。斷口為結(jié)晶狀,上面分布著許多黑色的小孔洞類(lèi)缺陷。從缺陷的分布和特怔看來(lái),排除氣孔缺陷的可能。取斷片進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理,處理后在中間開(kāi)槽壓斷,斷口明性變形明顯,為纖維狀,但后面仍然分布著顏色較深的點(diǎn)狀和孔洞缺陷,故可排除白點(diǎn)缺陷的可能。

    在低倍缺陷處取金相試樣進(jìn)行顯微組織分析。試樣經(jīng)磨制、拋光后在金相顯微鏡下進(jìn)行觀察,發(fā)現(xiàn)裂紋缺陷為夾雜物缺陷,其尖端部位及周?chē)嬖诖罅垦趸飱A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(jí),組織正常,試樣的金相敁微組織形貌。在斷口試塊缺陷處取樣進(jìn)行電鏡分析,缺陷 部位組織形貌,孔洞缺陷 為開(kāi)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(kāi)裂面上聚集著大量的顆粒狀?yuàn)A雜物。為明確開(kāi)裂面上夾雜物的性質(zhì),利用掃描電鏡對(duì)所發(fā)現(xiàn)的裂紋和夾雜物進(jìn)行能譜分析。分別對(duì)夾雜物區(qū)域、夾雜物附近、正常斷裂區(qū)和裂紋邊緣進(jìn)行半定量成分分析。

      從試驗(yàn)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(guò)程中主要采用鋁脫氧,生成的脫氧產(chǎn)物以氧化鋁類(lèi)為主。另外,為了達(dá)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(guò)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(lèi)夾雜。 此外,該爐鋼水生產(chǎn)時(shí)采用了較大沏號(hào)的中間包, 而精煉包熔煉鋼水噸位較小,倒包過(guò)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(dá)到開(kāi)澆溫度的下限,使精煉渣隨鋼 水澆注至鋼錠模中,最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(lèi)和氧化鈦類(lèi)脆性?shī)A雜 物與基體的物性及力學(xué)性能差別較大,在受力變形過(guò)程中脆性?shī)A雜物不能隨金屬相應(yīng)變形,變形大的鋼基體就會(huì)在變形小的夾雜物周?chē)a(chǎn)生塑性流動(dòng),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(guò)程中,脆性的氧化鋁類(lèi)和氧化鈦類(lèi)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。

    鍛件

    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(guò)程出現(xiàn)的。針對(duì)該問(wèn)題提出改進(jìn)措施:

    (1)在真空澆注時(shí),對(duì)于噸位較小的鋼包,盡量采用小型號(hào)的中間包,避免倒包過(guò)程中溫度損 失過(guò)多,導(dǎo)致澆注溫度偏低,影響鋼水流動(dòng)和夾雜 物上浮;

    (2)適當(dāng)提髙鋼水的出鋼溫度,保證鋼水進(jìn)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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