不銹鋼餐具（勺子）制品生產過程中開裂原因

陳國欣

摘 要：為保證不銹鋼制品的質量，分析其沖壓開裂的原因十分關鍵。本文主要針對某工廠使用1Cr17不銹鋼在生產不銹鋼餐勺時，材料發生沖壓開裂，利用SEM、光學顯微鏡、顯微硬度測試儀等手段，對開裂處進行斷口觀察、金相分析、顯微硬度測試。通過觀察分析，找出了沖壓開裂產生的原因，并對此提出建議。

關鍵詞：沖壓開裂；特征；組織觀察；分析

引言

1Cr17不銹鋼是鋼材的一種，具有良好的耐蝕性，常用于建筑內裝飾、家庭用具和家用電器部件等。不銹鋼餐具制品具有美觀的外形和優良的不銹性能，深受人們的喜愛。然而，在不銹鋼餐具制品生產過程中，沖壓開裂現象時有發生。引起開裂的原因有許多，如鋼材基體中含有夾雜物、出現應力、加工過程中加工工藝不合適等。基于此，本文結合具體案例，對1Cr17不銹鋼餐勺沖壓開裂現象進行原因分析，為工藝優化提供參考借鑒。

1 試驗方法

餐勺的加工工藝為落料—碾壓—退火—沖壓。在落料工序，使用分條、剪切技術將寬1.0m的卷板剪切成若干長150mm、寬10mm的窄條；在碾壓工序，將窄條的一端前70mm利用模具進行厚度減薄，形成三角形狀；之后進行去應力退火，最后在模具中進行沖壓定型。開裂在沖壓過程中產生，呈橫向延伸，并沿厚度方向穿透，如圖1所示。

采用FEINANO型掃描電子顯微鏡進行顯微斷口觀察；采用LEICADM47M型光學顯微鏡進行金相組織觀察，侵蝕劑為4%FeCl3溶液；采用FM-700顯微硬度計進行顯微硬度測試；采用THERMICAL相圖軟件計算相圖。

2 試驗結果

2.1 斷口特征

開裂處位于勺頭和勺柄連接處。沿著裂紋將餐勺開裂處打開，使斷口暴露。宏觀斷口具有金屬光澤，在陽光下轉動斷面，可看到閃閃發光的小刻面，如圖2所示。

將斷口部分置入丙酮溶液中進行超聲波清洗之后，進行斷口SEM觀察。對斷口進行不同倍數的觀察后發現：斷口為解理斷口，在低倍斷口上沒有明顯的裂紋源，放大后，觀察到解理片，解理片無方向性，解理片之間無撕裂棱，斷口面上無大顆粒夾雜物，說明斷裂為瞬時的沿晶斷裂，如圖3所示。

2.2 組織觀察

取垂直裂縫試樣進行金相觀察，對橫向面進行拋光、侵蝕后使用光學顯微鏡觀察。金相組織顯示，材料基體是鐵素體等軸晶，鐵素體晶粒大小均勻，晶粒尺寸在30μm左右；此外，組織中有明顯分布的板條狀組織，疑為馬氏體相。

利用顯微硬度儀進行顯微硬度分析。通過對不同點進行硬度測試后，發現無板條存在的等軸晶粒處硬度為HV251（如圖4-4中1#處所示），在鐵素體硬度范圍內，存在板條的晶粒處硬度為HV329（如圖4-1中2#處所示），已遠遠超出了鐵素體的硬度范圍。硬度測試結果顯示，材料中出現了馬氏體相。

3 分析與討論

1Cr17不銹鋼屬于第一代鐵素體不銹鋼，常規組織由鐵素體和碳化物組成。但是，在高溫時存在α+γ雙相區，最高γ相含量（質量分數）可達45%，冷卻時會轉變成α+M的雙相組織。圖5是Fe-Cr相圖，相圖中顯示，1Cr17不銹鋼在800℃時便有奧氏體析出，會進入奧氏體和鐵素體雙相區。在實際生產過程中，退火溫度為810℃左右，顯然已進入奧氏體和鐵素體雙相區。金相組織和硬度測試也表明退火后的材料內存在α+M的雙相組織。所以，1Cr17不銹鋼在沖壓之前的退火工藝溫度過高，使材料在退火加熱時進入α+γ雙相區，導致材料冷卻到室溫后其組織轉變為α+M的雙相組織。

馬氏體組織有兩種形態，分別是片狀和板條狀。板條狀馬氏體往往出現在低碳鋼中，在1Cr17不銹鋼中出現的馬氏體應為板條狀馬氏體。板條狀馬氏體內存在高密度位錯，產生亞結構強化，因此具有高的強度和硬度，而韌性塑性較差，最終導致材料整體的塑性下降。同時，發生馬氏體轉變后，由于奧氏體的密度較馬氏體的密度大，因此馬氏體轉變會造成體積膨脹，從而在材料內產生內應力，加劇了材料的塑性降低，最終導致材料在沖壓時發生開裂。

4 結論

綜上所述，采用1Cr17不銹鋼制作餐勺具有良好的耐蝕性，但在沖壓過程中往往會出現開裂現象而無法使用，也使正常生產無法進行。為解決這一問題，本文開展了對沖壓開裂現象形成原因的分析研究工作。結果表明，該產品沖壓開裂的主要原因是不恰當的熱處理導致1Cr17不銹鋼在退火過程中進入α+γ雙相區，最終在冷卻到室溫后出現馬氏體相，馬氏體大大降低了材料的塑性和韌性，導致了沖壓開裂。因此建議降低退火溫度至800℃以下。

參考文獻：

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