40Cr鍛件接頭連接件缺陷分析

巨力索具股份有限公司（河北保定 072550）梁 濤 劉海龍 辛永木

40Cr中碳合金鋼調質后具有優良的塑韌性和沖擊性能的配合，由于其具有優良的綜合力學性能，因此在橋梁建設中得到廣泛的應用。應用40Cr鍛件作為連接纜索和橋梁的接頭連接件，是橋梁建設中必不可少的纜索連接用配件，此工件作為橋梁上的重要結構件，使用中承受縱向拉伸和頻繁沖擊作用，要求縱向力學性能較高，尤其是承受沖擊能力要求高。

1.材料與工藝

接頭連接件加工工序為：圓鋼下料→鍛造→退火→粗加工→正火+調質→無損檢測→精加工→鍍鋅。

40Cr鍛件接頭連接件熱處理工藝如圖1所示，正火880℃保溫3h空冷，調質860℃保溫3h，PAG水溶液控時冷卻，580℃保溫4.5h出爐空冷，達到硬度要求241～286HBW。

圖1 熱處理工藝

生產中有一批產品件熱處理后發現30多件出現開裂，約占這批次工件的1/3。圖2為開裂件鋸開后肉眼看到的裂紋特征，為工件圓筒部分內表面臺階處縱向裂紋。

圖2 內表面臺階處裂紋

2.分析過程

為查找工件出現淬火裂紋的原因，對此產品的工藝過程、裂紋宏觀形態、化學成分及金相組織等進行了分析。

（1）化學成分檢測 結果如表1所示，化學成分均合格。

表1 40Cr鋼的化學成分（質量分數） （%）

（2）金相檢驗 從工件的開裂部位切取縱向金相試樣，經磨制拋光后先不經侵蝕在低倍視場中觀察夾雜物的形狀、色澤和分布情況，再用4%硝酸酒精溶液侵蝕，置于光學顯微鏡下觀察顯微組織。

圖3為100倍未腐蝕試樣，此處分布有大量的非金屬夾雜物，從裂紋試樣金相分析可以看出，夾雜物呈條狀及點狀分布。參照“GB/T10561—2005鋼中非金屬夾雜物含量的測定標準評級圖顯微檢驗法”中的評定方法，評定工件中非金屬夾雜物，較小黑點為D類環狀氧化物，評級為2.5～3級，成線狀分布黑點為B類氧化鋁夾雜物，評級為1～1.5級，此處非金屬夾雜物較密集。非金屬夾雜物這種分布狀態對金屬材料起到割裂作用，并使金屬材料產生明顯的各向異性，在淬火時產生的應力作用下促使裂紋產生并沿夾雜物分布擴展，這是導致淬火開裂的直接原因。

圖3 開裂處橫向未腐蝕 100×

圖4所示為裂紋附近有少量的“保留板條馬氏體相位的回火索氏體”組織，結合工藝過程分析，這種組織只能是在鍛造工序中產生，而且鍛后正火無法改善，這說明工件鍛造工藝控制不當，在此部位有過熱現象，鍛后組織晶粒局部粗大，淬火時得到粗大的板條馬氏體，這也是導致淬火開裂的另一原因。圖5為100倍腐蝕試樣，可見在金相檢測時有的視場中局部存在的帶狀組織，灰色索氏體、黑色珠光體和白色鐵素體共存，屬嚴重偏析組織，經分析為非金屬夾雜物缺陷導致熱加工（鍛造）冷卻時鐵素體優先在缺陷處形核，形成帶狀鐵素體組織。后來對工件進行超聲波檢測，結果為局部出現超聲波檢測不合格，這也印證了過熱的粗大組織和帶狀組織在工件中的存在。

圖4 開裂處橫向腐蝕 500×

圖5 縱向腐蝕試樣 100×

3.結語

綜合上述分析淬火開裂原因為：原材料有顯微孔洞和非金屬夾雜物，這些缺陷導致材料在熱加工（熱軋、鍛造）冷卻過程中形成帶狀組織，在淬火時產生的應力作用下促使裂紋產生并沿夾雜物和帶狀組織分布擴展，從而導致工件開裂。

材料中存在的非金屬夾雜物對工件質量的危害很大。根據零部件不同的要求，與鋼廠訂貨時應在技術協議中注明非金屬夾雜物的等級要求，生產廠應加大對原材料進廠時非金屬夾雜物的檢驗，從而保證產品質量。