1Cr11Ni2W2MoV不銹鋼軸承蓋表面線性缺陷分析

趙香麗，熊勇，劉健，譚家栩，張鳳泰，張吉淳

中國航發貴州黎陽航空動力有限公司 貴州貴陽 550014

1 序言

1Cr11Ni2W2MoV是在wCr＝12%的低碳鋼中加入大量的W、M o、V等，來縮小奧氏體相區的鐵素體形成元素而得到的一種新型馬氏體耐熱不銹鋼，其室溫抗拉強度、持久強度極限及蠕變極限均較高，且具有良好的塑性和抗氧化性能。1Cr11Ni2W2MoV不銹鋼優良的性能使其在航天動力系統研制中廣泛應用于600℃以下工作的發動機重要零部件，如壓氣機盤、壓氣機葉片、渦輪軸、壓縮彈簧、軸承座及燃燒室等[1-5]。

在對多個1Cr11Ni2W2MoV不銹鋼軸承蓋進行加工時，發現其加工表面分別出現了位置、形貌相似的線性缺陷，為了確定線性缺陷的類型和產生原因，對存在線性缺陷的軸承蓋進行分析，并制定預防措施。

2 試驗和調研

2.1 宏觀觀察

對3個軸承蓋零件進行宏觀檢查，零件編號1#、2#、3#，其形貌如圖1～圖3所示。在標記處存在線性缺陷，1#零件的缺陷長為1.5mm、寬為0.2mm；2#零件缺陷深度方向寬約0.16mm，與表面約呈45°夾角；3#零件缺陷位置開口明顯。在體視顯微鏡下觀察，1#零件和2#零件缺陷內部存在鐵銹色填充物；3#零件缺陷內部開裂表面存在黃褐色、灰黑色的氧化物，以及灰白色非金屬附著物，缺陷出現位置、形貌與零件1#、2#零件相似。

圖1 1#零件外觀和缺陷形貌

圖2 2#零件外觀和缺陷形貌

圖3 3#零件外觀和缺陷形貌

2.2 金相觀察

沿缺陷方向對軸承蓋進行金相試樣制備并腐蝕，在顯微鏡下觀察，得到1#、2#、3#零件缺陷的金相組織形貌，如圖4～圖6所示。其中缺陷位置兩側耦合性差，尾端較為圓鈍，內部存在黑色或灰色的填充物，兩側有二次氧化現象，缺陷附近和正常位置的組織均為回火索氏體。

圖4 1#零件深度缺陷方向形貌特征

圖6 3#零件深度缺陷方向形貌特征

3 分析與討論

根據以上檢測結果表明，1#、2#、3#零件的缺陷符合鍛造折疊類缺陷特征。

鍛造折疊是鍛造過程中已氧化過的表層金屬匯合在一起而形成的，其深淺不一。若折疊很淺且在機械加工面，則可通過切削加工加以消除；若折疊深且在非加工面上，則其對零件性能會產生嚴重影響，是一種不允許的鍛造缺陷[6]。出現鍛造折疊的原因主要有以下6個方面。

1）在多火次成形或有熱校正工序的模鍛件生產中，因模間間隙導致切邊時產生的毛刺被擠入鍛件內而造成折疊。

2）由于設備老化導致模具松動，在捶打過程中鍛件不斷偏離正常位置導致折疊。

3）鍛件存在凸臺形狀且不連續，錘擊過程凸臺未能完全進入上模型腔內導致凸臺邊緣折疊。

4）多次拆裝模具導致不同火次的模具對擊中心不完全重合導致對擊偏離形成折疊。

5）毛坯選擇不當時，在成形過程中產生回流或對流而形成折疊。

6）坯料放置不當時，會導致模具露出凹腔和凸臺等“突變”部位形成回流折疊。

1Cr11Ni2W2MoV鋼的生產流程為：真空感應電爐冶煉→澆注電極→電極退火→電極磨光→電渣重熔冶煉鋼錠→鋼錠紅送加熱→鋼錠開坯→鍛造鋼材→退火→取樣→性能試樣熱處理→檢驗[5]。根據GJB 2455—1995《航空用不銹及耐熱鋼圓餅和環坯規范》可知，鋼件是通過鍛錘或液壓機鍛制而成的。在加工過程中，軸承蓋機械加工表面凸起處出現鍛造折疊缺陷，可以推斷零件出現問題的主要原因是在多火次成形過程中邊緣毛刺被擠入及捶打位置偏離等。

綜上所述，應通過對毛坯圓角、模具進行更合理地設計，來提高工藝水平，保證模具質量，減少火次，盡可能一火實現成形等手段，避免軸承蓋上再次出現鍛造折疊缺陷。

4 結束語

1）多個1Cr11Ni2W2MoV不銹鋼軸承蓋機械加工面上產生形貌、位置相似的線性缺陷，經宏觀外貌觀察和金相檢查確認為鍛造折疊缺陷。

2）1Cr11Ni2W2MoV不銹鋼軸承蓋鍛造折疊缺陷的產生主要在于多火次成形過程中邊緣毛刺被擠入，以及更換模具時捶打位置偏離等原因，為了避免后續類似問題出現，應當對毛坯圓角、模具進行更合理地設計，來提高工藝水平，保證模具質量，減少火次，盡可能一火實現成形。