薄壁渗碳件的裂纹分析及防止措施

tcjshb

薄壁渗碳件的裂纹分析及防止措施

顾红星　赵席春　孙晓洁

(中国第一重型机械集团公司,黑龙江161042)

周玉梅　李　菱　杨丹娜　孙惠明

(哈尔滨汽轮机厂有限责任公司,黑龙江150046)

: I2 c) k. F9 y3 I# q摘　要　薄壁17Cr2Ni2MoA钢制大锻件经渗碳淬火后,在心部产生了裂纹,对工艺进行分析,改进了预先热处理工艺,解决了这一问题。
关键词　淬火裂纹　渗碳件　正火回火　拉应力

asdolmlm

　　1　前言 　　

17Cr2Ni2MoA钢制大锻件(厚10mm),经正火回火、机加工、渗碳淬回火后,在心部产生了裂纹,经分析是由于预先热处理(正火回火)工艺不合理造成的,改善预先热处理工艺后,问题得以解决,产品合格率达100%。
) e( X5 |  a8 W　　2　淬火裂纹的形貌
4 P8 O+ ~. e, j# B7 {! I　　2.1　17Cr2Ni2MoA钢锻件热处理工艺
3 T5 c: H- e6 D% P5 q) c( b　　17Cr2Ni2MoA钢锻件热处理工艺见图1。
4 O; s6 `0 k1 l, [+ e* N　　 http://www.china-metallography.com/china-met03/05-surface/51/51-images/surface005-01.jpg

　　图1　17Cr2Ni2MoA钢锻件热处理工艺

　　有效硬化层深度1.8～2.0mm,按JBöZQ4038-1988要求碳化物≤2级,
3 R9 ^0 O$ X( c# A& \. R; Y6 J: Z　　M+A残≤3级,心部铁素体≤3级,并有心部力学性能要求
$ V" Z  r$ F- Z/ _$ c　　2.2　淬火裂纹形貌
　　厚10mm薄壁件试样经渗碳淬回火后,发现有中心裂纹,其宏观和金相形貌如图2所示。由图2可知,中心裂纹是在无渗层的中心处,垂直于厚度方向,沿网状铁素体的地方,呈沿晶断裂。
9 q" P* P* m# ]& y- |* g　　 http://www.china-metallography.com/china-met03/05-surface/51/51-images/surface005-02.jpg
　                      　a　裂纹宏观形貌                                                                   b　裂纹金相形貌　400×

　　图2　中心裂纹的宏观和金相形貌

　　3　裂纹产生的原因及防止措施
　　产生淬火裂纹的试件(锻件供货状态)的金相分析表明,金相组织中存在着严重半网状或网状的铁素体(见图3a),这种网状铁素体虽然经930℃渗碳空冷(相当于正火)和淬火(800～830℃)有所改善,但仍然有残留的网状结构(见图2b)。无淬火裂纹的正常的试件的原始组织中(锻件供货状态)就没有大块网状碳化物(见图4a),经淬回火后组织均匀为低碳回火马氏体(见图4b)。有淬火裂纹的试样(图3a),经重新正火后,消除了网状铁素体(图3b),再进行渗碳淬火回火就不再产生淬火裂纹。
6 H8 |; B' l' M4 x' B　　 http://www.china-metallography.com/china-met03/05-surface/51/51-images/surface005-03.jpg
8 q% T, z6 K) g& d8 ?; u7 G　　                 a　供货状态(有淬火裂纹) b                                               　图3a的试件经重新正火930℃
　                    　不正常组织　100×                                                                         回火640℃　400×
+ W' U& t5 Z) o$ {) }# L

　　图3 产生裂纹的供货状态和重新正火的金相组织

　　 http://www.china-metallography.com/china-met03/05-surface/51/51-images/surface005-04.jpg

　　a　供货的正常组织(无淬火裂纹)100× b　图4a的淬回火心部组织100×

　　图4　无淬火裂纹供货的状态正常组织及其淬回火组织

　　众所周知,在渗碳层和中心转变成马氏体后,要产生热应力和组织应力,在渗碳层中产生较大的压应力,而在中心部位则产生较大的拉应力,当拉应力超过材料本身的强度时,就在薄弱环节处,即强度较低的铁素体处产生断裂(裂纹)。产生淬火裂纹的试件,渗碳前的正火回火处理得不够充分(见图3a),淬火后也保留了网状铁素体的特征(见图2b),因此在较大的拉应力作用下就产生了如图2所示的中心裂纹。尤其对这样小的试件(或薄件),油冷淬火的冷却速度较大,产生的热应力和组织应力也较大,心部产生极大的拉应力,这样就加剧了产生裂纹的可能性。
2 N7 u  L- k+ Y/ A  i　　4　结论
　　薄壁17Cr2Ni2MoA钢制大锻件由于原材料存在大块状网状铁素体,经渗碳淬回火后可能会产生淬火裂纹,因此必须对17Cr2Ni2MoA钢(供货状态)进行充分的正回火,才能保证组织中不会存在大块网状铁素体,避免产生淬火裂纹。
  V. @1 b8 Y8 g5 y0 e
% _( F  y; P7 ][ 本帖最后由 asdolmlm 于 2009-8-9 15:17 编辑 ]