20CrMnTi 花鍵端部裂紋原因分析

包 鋒，趙賀楠

（寶武集團廣東韶關(guān)鋼鐵有限公司，廣東 韶關(guān) 512123）

20CrMnTi 具有良好的滲碳性，較好的淬透性，較高的低溫沖擊韌性，良好的加工性以及較好的抗疲勞性能[1]。用于制造承受高速、中等或重載荷、沖擊及摩擦的重要零件，如摩托車、汽車各種軸類、活塞類零配件以及其他特殊零件等[2]。某公司在用20CrMnTi 圓鋼加工摩托車用花鍵過程中端部出現(xiàn)裂紋。花鍵生產(chǎn)流程為：球化退火→冷拉→拋丸→冷剪→皂化→冷擠壓→車端面等工序。為了找出花鍵端部裂紋的產(chǎn)生原因，采用ARL3460 直讀光譜儀、金相顯微鏡及維氏硬度計對花鍵裂紋試樣與圓鋼退火試樣進行了檢驗和分析。

1 檢驗結(jié)果

1.1 宏觀形貌

試樣1 為花鍵試樣，如圖1-1。試樣2 為圓鋼退火件試樣，如圖1-2。體視顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)花鍵端部存在一條距心部2.13 mm 的弧形裂紋，裂紋未擴展到花鍵外側(cè)表面，如圖2 所示。

圖1 試樣

1.2 化學(xué)成分

使用ARL3460 直讀光譜儀對花鍵試樣及退火件試樣進行光譜檢測，化學(xué)成分如表1 所示。

圖2 花鍵端部裂紋形貌（6.3 倍）

表1 化學(xué)成分 %

由表1 中的成分檢測數(shù)據(jù)可以看出，該花鍵試樣及退火件試樣的材質(zhì)均符合國家標(biāo)準(zhǔn)的成分要求，特別是有害雜質(zhì)元素硫和磷的含量均遠低于標(biāo)準(zhǔn)上限，在正常使用情況下不會造成材料的脆性增加。成分分析結(jié)果表明試樣無成分異常。

1.3 金相組織

對花鍵端部進行磨制拋光，金相顯微鏡下觀察裂紋內(nèi)未見氧化和異常夾雜物如圖3、圖4，腐蝕后裂紋處未見脫碳現(xiàn)象如下頁圖5、下頁圖6，基體組織為貝氏體+鐵素體+珠光體如下頁圖7，對退火件試樣橫截面進行磨制拋光腐蝕后，金相顯微鏡下觀察其組織為球狀珠光體+少量鐵素體如下頁圖8。

圖3 花鍵端部裂紋形貌（50 倍）

圖4 花鍵端部裂紋末端形貌（50 倍）

圖5 花鍵端部裂紋形貌（100 倍）

圖6 花鍵端部裂紋末端形貌（100 倍）

圖7 花鍵組織形貌（500 倍）

圖8 圓鋼組織形貌（500 倍）

1.4 硬度檢測

分別對花鍵試樣和圓鋼退火件試樣進行維氏硬度檢測，檢測結(jié)果如表2 所示。花鍵試樣的硬度較退火件試樣的硬度偏高約60 HV。

表2 硬度檢測結(jié)果

2 原因分析

1） 由化學(xué)成分分析可知，試樣成分符合GB/T 3077—2015 標(biāo)準(zhǔn)要求，成分無異常。

2）花鍵端部裂紋呈弧形，裂紋未擴展到外表面。由裂紋內(nèi)未見氧化和異常夾雜物，腐蝕后裂紋處未見脫碳，可知裂紋并非遺傳自母材，裂紋產(chǎn)生于退火后。

3）花鍵組織為貝氏體+鐵素體+珠光體，而非正常的鐵素體+球狀珠光體，貝氏體組織變形能力較差，且會造成材料硬度偏高，極易造成冷擠壓過程開裂。而圓鋼退火件組織為鐵素體+球狀珠光體為客戶反饋工藝對應(yīng)的正常組織，說明花鍵對應(yīng)的材料退火工藝執(zhí)行異常，未達到球化效果。

3 結(jié)論

花鍵組織存在異常現(xiàn)象，說明退火工藝存在執(zhí)行異常。材料退火組織異常，出現(xiàn)貝氏體+鐵素體+珠光體而非正常的鐵素體+球狀珠光體組織，導(dǎo)致花鍵在退火后受外部作用力產(chǎn)生開裂現(xiàn)象。