18CrNiMo7-6鍛件心部裂紋原因分析

廖美華，劉文斐，陸偉成

（寶武集團廣東韶關鋼鐵有限公司，廣東 韶關 512123）

18CrNiMo7-6是德國牌號特種鋼，是歐洲標準化委員會采用的鋼號表示方法，其數字編號為1.658 7[1]。18CrNiMo7-6廣泛應用于變速箱齒輪，其抗彎強度、接觸疲勞強度性能良好，而且具有高硬度和耐磨性，處理后綜合機械性能較高。

由于18CrNiMo7-6鋼坯在加工過程中出現有心部裂紋的質量問題，對心部裂紋的原因進行分析，并針對此類心部組織異常問題，提出相應的改進措施。

1 生產加工工藝

18CrNiMo7-6鋼坯規格為320 mm×425 mm×420 mm，加工工藝為：下料→拔長→鐓粗→拔長→鐓粗→鍛打→正回火。同一冶煉爐號出的18CrNiMo7-6鋼過程試樣共5個，客戶在鍛后探傷過程中發現有一試樣心部存在裂紋，委托進行原因分析。鍛件形貌如圖1所示。

圖1 鍛件形貌

2 理化檢測

2.1 化學成分檢測

取裂紋試樣及正常試樣進行化學成分檢測，兩者成分合格，對比無異常，具體成分如表1所示。

表1 18CrNiMo7-6冶煉化學成分 %

2.2 宏觀檢測

取鍛件心部探傷不合格處進行酸洗，酸洗后的試樣橫截面有兩條明顯裂紋，使用體式顯微鏡測量其長度，長分別約為3 155.98μm、2 337.31μm，裂紋形貌如圖2所示。

圖2 鍛件裂紋形貌

2.3 金相檢測

在缺陷試樣及正常試樣的心部取樣，進行金相檢測。異常試樣基體組織為回火組織+零散分布的大塊狀殘余奧氏體組織[2]，殘余奧氏體呈長條形，如下頁圖3所示；正常試樣基體組織為回火組織，如下頁圖4所示。兩處裂紋均分布在殘余奧氏體組織區域內，裂紋周圍無大顆粒夾雜物，如下頁圖5、6所示。

圖3 缺陷試樣基體組織形貌（腐蝕后）

圖4 正常試樣基體組織形貌（腐蝕后）

圖5 1號裂紋處基體組織形貌

圖6 2號裂紋處基體組織形貌

2.4 硬度檢測

使用顯微硬度計對正常及裂紋試樣進行顯微硬度檢測。裂紋周圍殘余奧氏體硬度（HV0.2）平均值為435；裂紋試樣無殘余奧氏體的區域顯微硬度（HV0.2）為197；正常試樣基體組織硬度（HV0.2）平均值為194。由此得出，殘余奧氏體與正常基體組織硬度相差較大，結果如表2所示。

表2 18CrNiMo7-6顯微硬度（HV0.2）檢測

2.5 電鏡能譜分析

使用電鏡能譜進行分析，檢測點1、2分布在殘余奧氏體區域，檢測點3、4分布在回火組織區域，如圖7所示。能譜檢測點1、2的Cr、Mn、Ni合金元素含量明顯偏高，如表3所示。

圖7 電鏡能譜分析

表3 能譜檢測合金元素含量 %

3 分析與討論

殘余奧氏體硬度與基體組織硬度相差較大，鍛打過程中的塑性也相差較大。試樣在反復鍛打過程中，大量零散分布的長條狀殘余奧氏體破壞了基體組織的連續性，裂紋容易在相對硬度較高的殘余奧氏體組織區域開裂并擴展[3]。

殘余奧氏體是指鋼材奧氏體化后的冷卻過程中，未能轉變成其它組織而保留在室溫的奧氏體組織。殘余奧氏體的含量與鋼的化學成分、鋼奧氏體化的溫度和時間、奧氏體穩定化程度都有關系[4]，具體體現在：大部分元素（如Mn、Cr、V、Ni等）含量的增加會降低馬氏體轉變點，導致殘余奧氏體含量增多；碳含量過高，會使奧氏體碳擴散減慢，妨礙馬氏體轉變；冷卻開始溫度偏高，使溶入奧氏體的碳和合金元素含量增加，奧氏體的穩定性提高。

4 結論

1）18CrNiMo7-6心部裂紋原因是心部奧氏體組織未完全轉變造成，心部殘留大量奧氏體。

2）通過選擇合適的淬火溫度，以減少殘余奧氏體[5]：亞共析鋼淬火溫度一般選擇TAc3+（30～50）℃，過共析鋼淬火溫度一般選擇TAc1+（30~50）℃。