35MnBH鋼鏈軌節開裂原因

彭 磊, 潘小靜, 徐旋旋, 趙 宜

(中天鋼鐵集團有限公司, 常州 213011)

鏈軌節是履帶式工程機械和軍工機械中履帶總成的關鍵性零件, 鏈軌節零件支撐著機體，同時又直接與地面接觸，需要承受并傳遞一定的載荷[1-2]。鏈軌節在使用過程中要承受周期性壓力和反復的沖擊力，因此需要其具有良好的綜合力學性能[3-4]。由35MnBH鋼制造的190MR型φ75 mm鏈軌節，在臺架試驗時發現有開裂現象。該鏈軌節的制造工藝為：原材料下料(感應加熱)→鍛打成型→余熱淬火(油)→高溫回火→工作面感應加熱淬火→低溫回火。筆者對開裂鏈軌節進行了一系列檢驗和分析，以期此類事故不再發生。

1 理化檢驗

1.1 宏觀觀察

將鏈軌節開裂處人工打開，鏈軌節開裂位置及斷口宏觀形貌見圖1～圖3，可見鏈軌節開裂位置位于銷孔處。由斷口宏觀形貌可知，鏈軌節斷裂源位于鏈軌節銷孔外壁表面，斷口較為平直，屬脆性斷裂斷口。

圖1 鏈軌節開裂位置示意圖Fig.1 Schematic diagram of cracking position of the caterpillar track section

圖2 鏈軌節開裂處宏觀形貌Fig.2 Macro morphology of cracking position of the caterpillar track section

圖3 鏈軌節斷口宏觀形貌Fig.3 Macro morphology of fracture of the caterpillar track section

1.2 化學成分分析

在開裂鏈軌節上取樣，使用德國超譜公司QSN750型直讀光譜儀對其進行化學成分分析，結果見表1。可見該開裂鏈軌節的化學成分符合GB/T 5216-2014《保證淬透性結構鋼》對35MnBH鋼的成分要求。

表1 開裂鏈軌節的化學成分(質量分數)Tab.1 Chemical compositions of the caterpillar track section (mass fraction) %

1.3 金相檢驗

取鏈軌節原材料圓鋼進行低倍檢驗，其結果見表2及圖4。鏈軌節原材料的顯微組織為珠光體+鐵素體，鐵素體晶粒度為8～9級，如圖5所示。鏈軌節原材料的低倍組織及顯微組織均正常。

表2 鏈軌節原材料的低倍檢驗結果Tab.2 Macroscopical test results of raw materials of the caterpillar track section 級

圖4 鏈軌節原材料低倍形貌Fig.4 Macroscopic morphology of raw materials of the caterpillar track section

圖5 鏈軌節原材料的顯微組織形貌Fig.5 Microstructure morphology of raw materials of the caterpillar track section:a) at low magnification; b) at high magnification

在開裂鏈軌節斷裂源處取縱向試樣進行金相檢驗，其顯微組織為回火索氏體+少量貝氏體，奧氏體晶粒度為1.5級左右，可見斷面沿晶斷裂且晶粒粗大， 如圖6所示；并發現有沿晶顯微裂紋及晶界燒損三角形，如圖7所示。

圖6 鏈軌節斷裂源處顯微組織形貌Fig.6 Microstructure morphology of fracture source of the caterpillar track section:a) at low magnification; b) at high magnification

圖7 開裂鏈軌節的沿晶裂紋形貌Fig.7 Morphology of intergranular crack of the cracked caterpillar track section

在開裂鏈軌節斷裂源處附近的銷孔外壁表面組織中發現存在裂紋及網狀鐵素體，類似過燒組織缺陷，如圖8所示。

圖8 開裂鏈軌節過燒處顯微組織形貌Fig.8 Microstructure morphology of overburnt position of the cracked caterpillar track section:a) at low magnification; b) at high magnification

2 分析與討論

開裂鏈軌節的化學成分、原材料的低倍組織及顯微組織均符合要求。

該鏈軌節開裂位置位于銷孔處，斷裂起源于銷孔外壁表面，斷口較為平直，為脆性斷口。斷裂位置在非工作面，只進行了余熱淬火+高溫回火處理，沒有進行最后的表面感應淬火。

鏈軌節斷口處顯微組織為回火索氏體+少量貝氏體，奧氏體晶粒度為1.5級，斷面為沿晶斷裂；斷口處發現有沿晶顯微裂紋及晶界燒損三角形，這些特征說明該鏈軌節在制造過程中存在過燒現象，造成材料組織特別粗大，有時還會發生晶間氧化和部分晶界熔化，鍛打時就容易發生開裂[5-8]。在開裂鏈軌節斷裂源處銷孔外壁表面顯微組織中存在局部裂紋及網狀鐵素體，為鏈軌節在鍛造時產生的表面過燒組織，這是鏈軌節在臺架試驗時發生開裂的主要原因。

鍛件余熱淬火后晶粒度過于粗大會降低沖擊韌度，減小裂紋擴展功，擴大冷脆區域。隨晶粒的長大，鏈軌節淬火開裂和畸變傾向也越大。尤其是混晶將會劇烈降低材料的結構強度，使應力集中區域變脆。因此，在生產中使晶粒細化很重要。

鏈軌節在鍛造時，加熱溫度越高，加熱時間越長，鏈軌節晶粒越大，超溫時表面出現過燒組織；隨后余熱淬火將會遺傳粗大的晶粒及過燒組織。為避免圓鋼棒料出現過熱現象，必須選擇合適的始鍛溫度。雖然鏈軌節在鍛造過程中受到鍛打力，可在一定程度上細化晶粒。但最終工序的變形程度是影響鍛件晶粒度的主要因素。當最終工序的變形量處于臨界變形區時，鍛件的晶粒度特別粗大；一般變形程度大于臨界變形可以獲得細小晶粒，但并不是變形量越大鍛件的晶粒度就越細[9]。而且鏈軌節鍛后熱處理為余熱淬火+高溫回火，鍛件成形后直接降溫至某一溫度范圍內進行淬火，獲得馬氏體+少量殘余奧氏體，然后進行高溫回火，替代調質熱處理，可省去一次淬火加熱工序，節省成本，提高了生產效率[10]。

3 結論及建議

該鏈軌節在臺架試驗時產生開裂的主要原因是鏈軌節在鍛造過程中存在過燒現象，使得其力學性能降低。在臺架試驗過程中，鏈軌節受到沖擊、扭轉等各種復雜應力的作用，使鏈軌節表面過燒組織處形成裂紋源，裂紋迅速擴展，使鏈軌節在臺架試驗時發生開裂。

建議嚴格控制鏈軌節鍛造加熱溫度，防止過燒現象發生。