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(tuán)廣東韶關(guān)鋼鐵有限公司，廣東 韶關(guān) 512123）

18CrNiMo7-6是德國(guó)牌號(hào)特種鋼，是歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)采用的鋼號(hào)表示方法，其數(shù)字編號(hào)為1.658 7[1]。18CrNiMo7-6廣泛應(yīng)用于變速箱齒輪，其抗彎強(qiáng)度、接觸疲勞強(qiáng)度性能良好，而且具有高硬度和耐磨性，處理后綜合機(jī)械性能較高。

由于18CrNiMo7-6鋼坯在加工過(guò)程中出現(xiàn)有心部裂紋的質(zhì)量問(wèn)題，對(duì)心部裂紋的原因進(jìn)行分析，并針對(duì)此類心部組織異常問(wèn)題，提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。

1 生產(chǎn)加工工藝

18CrNiMo7-6鋼坯規(guī)格為320 mm×425 mm×420 mm，加工工藝為：下料→拔長(zhǎng)→鐓粗→拔長(zhǎng)→鐓粗→鍛打→正回火。同一冶煉爐號(hào)出的18CrNiMo7-6鋼過(guò)程試樣共5個(gè)，客戶在鍛后探傷過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有一試樣心部存在裂紋，委托進(jìn)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(cè)

2.1 化學(xué)成分檢測(cè)

取裂紋試樣及正常試樣進(jìn)行化學(xué)成分檢測(cè)，兩者成分合格，對(duì)比無(wú)異常，具體成分如表1所示。

表1 18CrNiMo7-6冶煉化學(xué)成分 %

2.2 宏觀檢測(cè)

取鍛件心部探傷不合格處進(jìn)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(cè)量其長(zhǎng)度，長(zhǎng)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(cè)

在缺陷試樣及正常試樣的心部取樣，進(jìn)行金相檢測(cè)。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(zhǎng)條形，如下頁(yè)圖3所示；正常試樣基體組織為回火組織，如下頁(yè)圖4所示。兩處裂紋均分布在殘余奧氏體組織區(qū)域內(nèi)，裂紋周圍無(wú)大顆粒夾雜物，如下頁(yè)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(hào)裂紋處基體組織形貌

圖6 2號(hào)裂紋處基體組織形貌

2.4 硬度檢測(cè)

使用顯微硬度計(jì)對(duì)正常及裂紋試樣進(jìn)行顯微硬度檢測(cè)。裂紋周圍殘余奧氏體硬度（HV0.2）平均值為435；裂紋試樣無(wú)殘余奧氏體的區(qū)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(jié)果如表2所示。

表2 18CrNiMo7-6顯微硬度（HV0.2）檢測(cè)

2.5 電鏡能譜分析

使用電鏡能譜進(jìn)行分析，檢測(cè)點(diǎn)1、2分布在殘余奧氏體區(qū)域，檢測(cè)點(diǎn)3、4分布在回火組織區(qū)域，如圖7所示。能譜檢測(cè)點(diǎn)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(cè)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(guò)程中的塑性也相差較大。試樣在反復(fù)鍛打過(guò)程中，大量零散分布的長(zhǎng)條狀殘余奧氏體破壞了基體組織的連續(xù)性，裂紋容易在相對(duì)硬度較高的殘余奧氏體組織區(qū)域開(kāi)裂并擴(kuò)展[3]。

殘余奧氏體是指鋼材奧氏體化后的冷卻過(guò)程中，未能轉(zhuǎn)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(xué)成分、鋼奧氏體化的溫度和時(shí)間、奧氏體穩(wěn)定化程度都有關(guān)系[4]，具體體現(xiàn)在：大部分元素（如Mn、Cr、V、Ni等）含量的增加會(huì)降低馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)，導(dǎo)致殘余奧氏體含量增多；碳含量過(guò)高，會(huì)使奧氏體碳擴(kuò)散減慢，妨礙馬氏體轉(zhuǎn)變；冷卻開(kāi)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(wěn)定性提高。

4 結(jié)論

1）18CrNiMo7-6心部裂紋原因是心部奧氏體組織未完全轉(zhuǎn)變?cè)斐桑牟繗埩舸罅繆W氏體。

2）通過(guò)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(guò)共析鋼淬火溫度一般選擇TAc1+（30~50）℃。