42Cr9Si2鍛造活塞頭裂紋原因分析

張曉云，武琳琳

1. 活塞頭技術(shù)要求

該活塞頭為模鍛件，材料為40Cr9Si2（GB/T1221），其非金屬夾雜物綜合特性值K4≤30。工藝路線為：鍛造→等溫退火→機(jī)加工→調(diào)質(zhì)→機(jī)加工，鍛造時(shí)鍛件鐓粗比＞2，經(jīng)等溫退火后硬度≤270HBW。粗加工上下端面調(diào)質(zhì)處理后，零件本體力學(xué)性能要求為：σb=900～1050MPa、σ0.2≥700MPa、δ5≥14%、ψ≥35%、266～310HBW。

2. 發(fā)現(xiàn)裂紋

該批活塞頭共100多件，首批22件調(diào)質(zhì)處理后發(fā)現(xiàn)3件表面有圖1所示的明顯裂紋。

從首批剩余19件中取硬度最高與最低各一件進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，結(jié)果見附表，拉伸試樣斷口如圖2所示（首批剩余17件）。

兩件試樣斷面均有缺陷，且組織粗大。對首批剩余的17件全部進(jìn)行磁粉檢測，發(fā)現(xiàn)4件有裂紋，其余正常。

粗車22件未經(jīng)調(diào)質(zhì)處理鍛坯的上下面，進(jìn)行磁粉檢測，發(fā)現(xiàn)7件有顯微裂紋，如圖3所示。

為進(jìn)一步驗(yàn)證裂紋缺陷的嚴(yán)重程度，對2件經(jīng)磁粉檢測有裂紋的鍛件毛坯整體加工2mm（表面粗糙度Ra3.2mm），再進(jìn)行磁粉檢測檢驗(yàn)都有裂紋。任取1件經(jīng)磁粉檢測有裂紋的鍛件毛坯，對裂紋處及裂紋附近處金相組織進(jìn)行分析，未檢出與磁痕相關(guān)的組織異常。對該批零件的原材料按GB/T10121《鋼材塔形發(fā)紋磁粉檢驗(yàn)方法》、GB/T15711《鋼材塔形發(fā)紋酸浸檢驗(yàn)方法》進(jìn)行檢查，均未發(fā)現(xiàn)裂紋或異常。

3. 結(jié)語

該材料屬于耐熱鋼，含有大量合金元素，導(dǎo)熱性差，塑性較低，加熱時(shí)沒有控制升溫速度，過快升溫，鍛造時(shí)組織應(yīng)力和熱應(yīng)力疊加，導(dǎo)致零件開裂。通過采用分段加熱，控制升溫速度的加熱方式生產(chǎn)，從而保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

圖1 活塞頭調(diào)質(zhì)處理后表面裂紋

圖2 拉伸試樣斷口

圖3 活塞頭鍛坯表面裂紋

力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果