40Mn鏈板沖壓邊裂原因分析

代玉杰

青島金鏈檢測技術服務有限公司 山東青島 266705

1 序言

40Mn作為一種中碳低合金鋼，淬火后具有較高的硬度和耐磨性，因而成為鏈板加工的重要原材料[1]。近期，我公司在某型號鏈條的生產過程中，發現40Mn鋼沖壓鏈片出現一定比例鏈板邊緣開裂的現象（見圖1），造成大量產品報廢。

圖1 鏈板邊裂宏觀形貌

為此，對開裂鏈板進行檢驗分析，從而解決鏈板沖壓時的邊裂問題。

2 化學成分分析

對邊裂鏈板進行化學成分分析，結果見表1。通過檢測結果可知，邊裂鏈板的化學成分符合標準要求。

表1 40Mn鋼邊裂鏈板化學成分（質量分數） （%）

3 宏觀形貌分析

由圖1可知，鏈板的剪切面較為平滑，無明顯的加工不當的痕跡，開裂位置位于鏈板厚度的1/3處，開裂嚴重程度不同。

4 金相組織分析

取多個邊裂鏈板進行金相分析，并在開裂處取樣、鑲嵌磨制后，觀察到開裂裂口深度為1.0～2.0mm，如圖2所示。裂紋由表面先斜向內，后平行于鏈板表面向內擴展延伸，某一開裂鏈板裂紋末端（見圖3）及其周邊存在大量超尺寸的硫化物夾雜（見圖4）和硅酸鹽夾雜（見圖5）。按照GB/T 10561—2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測定 標準評級圖顯微檢驗法》[2]進行評定，開裂鏈板的夾雜物級別為：A3.0、C3.0。

圖2 開裂處拋光態形貌（ 50×）

圖3 開裂處裂紋末端（100×）

圖4 硫化物夾雜（100×）

圖5 硅酸鹽夾雜（100×）

用4%硝酸酒精腐蝕后觀察，鏈板邊緣組織因為受到沖壓加工的影響，朝一側有明顯的變形，裂紋開裂方向與組織變形方向一致，裂紋兩側無脫碳現象，組織為點狀球化體及少量珠光體+帶狀分布的鐵素體，如圖6所示。某一邊裂鏈板裂紋處有一條比較明顯的黑色條帶狀組織，開裂裂口恰好位于該黑色條帶狀組織上，如圖7所示。由此說明，該鏈板組織不均勻，開裂處尤為明顯，呈條帶狀組織偏析，表現為開裂處為條帶狀的高碳珠光體組織。通過對圖7中黑色條帶位置和正常位置分別進行顯微維氏硬度測試，發現黑色條帶位置的平均硬度為274HV0.5，而正常位置的平均硬度僅為220HV0.5，黑色條帶位置的硬度明顯高于正常值。由此證實，黑色條帶位置為C元素的大量聚集區。

圖6 鏈板邊緣開裂處組織（ 100×）

圖7 某一邊裂鏈板開裂處組織（100×）

5 原因分析

通過上述分析可知，40Mn鋼鏈板沖壓邊裂主要有以下兩大原因。

（1）鏈板中有較多超尺寸的非金屬夾雜物 一方面非金屬夾雜物破壞材料的連續性，嚴重降低其塑性。在外力的作用下，非金屬夾雜物周圍因產生應力集中而發生塑性變形，致使在非金屬夾雜物的周圍產生大量位錯；當位錯在沖壓力的作用下達到非金屬夾雜物與基體界面時，界面分離形成微孔，而微孔又在沖壓的作用下迅速聚集擴展，導致鏈板邊緣開裂。另一方面，硅酸鹽夾雜物屬于脆性不變形夾雜物，與基體的熱變形能力差異較大，帶鋼在軋制時容易在非金屬夾雜物與鋼基體的交界面處形成孔隙或裂紋[3]。

（2）材料組織不均勻，C元素帶狀偏析嚴重 帶狀偏析使得帶鋼中存在高硬度條帶，導致材料橫截面性能不均勻，在沖擊載荷的作用下，容易在C元素聚集區域和交界處出現應力集中現象。同時，在沖擊載荷的瞬時作用下，容易萌生顯微裂紋，且迅速擴展，導致帶鋼在沖壓過程中出現邊裂[4]。

6 結束語

1）40Mn帶鋼中存在大量的非金屬夾雜物是造成鏈板沖壓邊裂的主要原因之一，帶鋼中的非金屬夾雜物以A類和C類夾雜物為主。

2）40Mn帶鋼組織不均勻、C元素帶狀偏析嚴重也是造成鏈板沖壓邊裂的主要原因之一，帶狀偏析使得帶鋼中存在高硬度條帶，導致帶鋼橫截面性能不均勻。