材料5Cr9Si3電鐓氣門裂紋檢驗與分析

翟健紅

摘要：客戶在生產投材料5Cr9Si3盤條電鐓時產生廢料，廢料的缺陷主要表現在電鐓球形時產生開裂。結果經切割、解剖、鑲嵌、磨制、拋光、腐蝕后用ZEISS光學顯微鏡50X＼100X＼200X＼500X＼1000X不同倍率下發現材料5Cr9Si3中存在縮孔殘余缺陷。

關鍵詞：材料5Cr9Si3;電鐓球形開裂;ZEISS光學顯微鏡;苦味酸酒精溶液;縮孔殘余;GB＼T13298-2015

0 ?引言

江蘇A公司是主要生產內燃機氣閥鋼棒、軸承鋼、不銹耐熱鋼、內燃機氣門、不銹鋼焊絲、高溫合金等材料的大型企業。任何材料在生產、加工、使用過程中由于各種原因都有可能會產生各種缺陷、失效等等。只有對各種缺陷、失效材料進行有效解剖、分析后，找出造成原因，提出改進措施防止同類現象的重復出現。同時也為提高產品質量、技術開發、技術改進、技術進步提供可靠的科學依據。

本文結合A公司材料實際情況，對缺陷材料進行解剖、分析原因后，為今后產品質量不斷提升提供有力科學的保障，從而大大提高產品的內在質量和企業的競爭力，對于開拓市場和提高用戶滿意度都十分重要的。

1 ?概述

據質量部現場資料反饋：來樣材料為5Cr9Si3盤條，規格？準6.8mm;爐號為62888;客戶于前期投入料1000支，在磨制成？準6.5mm時產生廢料178支（缺陷情況未知）;后期投入同爐數量2000支，在電鐓生產至800支時產生廢料125支，廢料的缺陷主要表現在電鐓球形時產生開裂;根據生產當班者敘述，材料塑性很差，很難成型。材料5Cr9Si3盤條化學成分實測結果見表1。

2 ?電鐓開裂宏觀分析

圖1為電鐓開裂件的實物照，從照片看出電鐓開裂基本有一定規律性，裂紋均從電鐓球最大的直徑處起始，然后裂紋沿著與主應力（壓縮應力）成45度的切變應力方向延伸，裂紋總的長度均在25mm左右。電鐓球表面裂紋的形態，主要取決于開裂時材料內部缺陷的形態、大小、范圍，及缺陷接近表面的距離等因素有關。缺陷越大且越接近表面，其裂紋張開時釋放的應力越大，裂紋翹曲變形的程度也就越大。

3 ?裂源剖面低倍缺陷分析

切取圖1其中一電鐓球的剖面，發現材料中存在大范圍的被擠壓變形的殘余縮松缺陷（見圖2），縮松區域范圍大約？準15mm，離表面最近的縮松距離約2-3mm，因此縮松缺陷對裂紋形成有很大影響。

4 ?裂源剖面金相缺陷分析

圖3-圖5是裂紋剖面低倍到高倍的典型縮松缺陷照片，縮松之間有裂紋連接，縮松周圍有大量畸變的疏松缺陷。圖6-圖8是畸變的縮孔邊緣及離縮孔一定距離的疏松缺陷。

圖9-圖10是裂紋沿著奧氏體及馬氏體偏析擴展。圖11、圖12是表面及開裂表面高碳馬氏體+殘余奧氏體組織（表面層的高碳馬氏體+殘余奧氏體是原材料在感應加熱后與電鐓冷鋼板接觸所形成的表面淬火組織）。

5 ?結語

以上分析結果表明，原材料5Cr9Si3中存在縮孔殘余缺陷。

6 ?總結分析

分析計算電鐓球直徑的壓縮比是3.3，計算電鐓球最大截面積比是11。因此原材料中原始存在的縮孔殘余大小應為2mm左右。由于電鐓時壓縮比和面積比較大，造成原始一定長度范圍內的縮孔殘余疊加在電鐓球內;并且隨著金屬的流變，縮孔殘余也逐漸被擠壓推向表面;當近表面的縮孔殘余即將露出表面時，電鐓球這時所受的應力狀態為軸向壓應力，徑向拉應力，環向拉應力;由于縮孔殘余的應力集中效應和電鐓表面（冷鐵接觸的表面）淬火效應，因此在環向拉應力各徑向拉應力作用下，造成原材料5Cr9Si3在電鐓時的開裂。

參考文獻：

[1]《金屬材料金相熱處理檢驗方法標準匯編》/中國標準出版社第五編輯室編.-2版.-北京：中國標準出版社，2010.

[2]GB/T13298-2015，金屬顯微組織檢驗方法[S].

[3]張世文，夏彩霞，吳軍偉.21-4N材料氣門電鐓裂紋控制[J].金屬加工（熱加工），2018（04）：71-72.