支承輥鍛件缺陷原因分析

胡寒婷，趙益洛 ，王明飛， 毛寬亮， 宋亞虎， 王博

1.中信重工機械股份有限公司計量檢測中心 河南洛陽 471000

2.中機十院國際工程有限公司 河南洛陽 471000

1 序言

支承輥鍛件毛坯超聲波檢測發現冒口端輥身長度0～300mm內部存在大面積密集性缺陷，最大當量φ6mm，局部鐵素體（F）多于貝氏體（B），中心分布φ400mm。

為分析缺陷具體性質，從缺陷最嚴重（無底波處）部位鋸切φ1200mm×25mm厚試片，試片中心φ400mm打磨后著色，可見多處開口缺陷，如圖1～圖4所示。在試片中心取樣進行缺陷性質分析。

圖1 存在缺陷支承輥

圖2 支承輥中心部位打磨

圖3 著色檢測開口缺陷

圖4 缺陷位置取樣

2 理化分析

2.1 低倍試驗

將試片磨制后進行熱酸蝕，放置一定時間后觀察，酸洗后的試片如圖5a所示，從中可以看出，試片上存在著多處密集性的裂紋或孔洞類缺陷。紅色方框處局部放大如圖5b所示。

圖5 試片形貌

2.2 宏觀斷口觀察

沿圖5a所示的紅線背面開槽、壓斷口，斷口形貌如圖6a所示。斷口形貌主要為結晶狀，在斷口上發現多處形狀不規則的孔洞或裂縫，經酸洗后有銹蝕痕跡（見圖6a中紅色箭頭處），局部放大如圖6b所示。為進一步判斷其缺陷性質，在圖6b所示的紅色方框處取樣進行電鏡分析。

圖6 斷口宏觀形貌

2.3 電鏡分析

將所取的斷口試樣在掃描電鏡下進行觀察，缺陷處低倍形貌如圖7所示，斷口表面可看到光滑自由表面特征，如圖8所示。

圖7 缺陷低倍形貌

圖8 光滑自由表面形貌

這種光滑的自由表面形貌是鋼液在凝固過程中因體積收縮而在鋼錠最后凝固區形成的。正常區域為解理斷口形貌，如圖9所示。

圖9 正常區域解理斷口形貌

2.4 金相分析

試樣在磨制拋光后檢驗非金屬夾雜物，如圖10所示。檢驗結果為A：0.5；B：0.5；C：0.5；D：0.5，夾雜物級別正常。另外，裂紋缺陷形貌呈樹枝狀沿晶界分布，此種缺陷稱為晶間疏松，如圖11所示。在顯微鏡下觀察其金相組織為粒狀珠光體，組織正常，如圖12所示。

圖10 正常區域腐蝕前照片（100× ）

圖11 缺陷區域形貌

圖12 正常顯微組織（500×）

2.5 化學分析

在低倍試片上取樣進行化學成分分析，結果見表1。從表1中的數據可以看出，各元素含量均滿足規范值，化學成分合格。

表1 化學成分檢測結果（質量分數） （%）

3 原因分析

低倍試片上存在著多處密集性的裂紋或孔洞缺陷，隨后進行的電鏡分析中發現，缺陷斷口處可觀察到光滑自由表面特征；最后在金相分析高倍試樣中，可觀察到缺陷中微小的裂紋呈現典型的疏松形貌。由于鋼液凝固時體積收縮，所以在鋼錠的最后凝固區域會產生宏觀縮孔，其附近區域也常伴隨產生較多疏松。當其保留在鋼錠中時，在隨后的鍛造過程中仍舊無法消除。且根據超聲檢測結果顯示，這些缺陷主要出現在冒口中心部位，綜合分析認為這種缺陷是鋼液在凝固過程中體積收縮產生的縮孔，在鍛造過程中因切除不盡存在部分殘留而形成殘余縮孔。

4 結束語

該支承輥鍛件的缺陷性質為殘余縮孔。殘余縮孔的存在，會顯著降低工件的力學性能，甚至在使用過程中會發生斷裂事故或其他事故[1]。產生原因一般是在鋼液凝固過程中因體積收縮而產生縮孔，并在熱加工時因切除不盡而部分殘留[2]。

殘余縮孔的防止措施：改進澆道和冒口布局及尺寸，適當應用內冷鐵或外冷鐵，以提高末梢斷面的補縮效果，工藝上確保鑄件的順序凝固或同時凝固；采用高效補縮新型冒口；必要時可采用補貼增厚的辦法改變鑄件的斷面形狀，以利順序凝固；盡量減少液態金屬中的含氣量，有利于補縮[3]。