42CrMo材料強(qiáng)度高，韌性和淬透性好，淬火變形小，無明顯的回火脆性,在調(diào)質(zhì)處理后有較高的疲勞極限和抗多次沖擊能力且低溫沖擊韌性良好，一直被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。
在生產(chǎn)一批次 42CrMo 筒體鍛件時(shí)，按工藝要求在粗加工工序結(jié)束后對(duì)鍛件進(jìn)行超聲檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)其中某一鍛件在靠近冒口端位置存在超標(biāo)缺陷，導(dǎo)致該鍛件無法正常使用。為找出造成超標(biāo)缺陷的原因并提出相應(yīng)改進(jìn)措施,對(duì)該筒體鍛件缺陷部位進(jìn)行了解剖分析。
1 .試樣制取及檢測(cè)方法
42CrMo筒體鍛件制造流程為:EBT 電爐冶煉→LF精煉→真空碳脫氧→真空澆注→鋼錠壓鉗口、倒棱→鐓粗→沖孔→拔長→擴(kuò)孔→精整毛壞→機(jī)加工→超聲檢測(cè)→熱處理。 在機(jī)加工工序結(jié)束后進(jìn)行超聲檢測(cè),發(fā)現(xiàn)在鍛件上距冒口端 500mm 范圍內(nèi)，徑向深度(160-250)mm的環(huán)帶內(nèi)存在密集型缺陷，最大參考當(dāng)量∮4.7mm，而標(biāo)準(zhǔn)要求最大缺陷當(dāng)量不大于∮2 mm。
在鍛件冒口端缺陷部位切取厚20mm的低倍試樣，銑平后進(jìn)行低倍熱酸蝕試驗(yàn)和斷口試驗(yàn)觀察試樣的宏觀形貌。在宏觀缺陷部位切取 20mm ×20 mm ×20 mm 的金相試樣,經(jīng)處理后,在金相顯微鏡下觀察組織形貌。利用 KYKY2800型掃描電鏡對(duì)金相試樣缺陷部位進(jìn)行觀察分析，使用能譜分析儀觀察裂紋痕跡。
2 .試驗(yàn)分析
2.1 宏觀分析
試樣低倍酸浸宏觀形貌，在試塊上存在多條微小裂紋,且大致呈平行分布。未發(fā)現(xiàn)氣孔、疏松和偏析等其他缺陷。
將低倍試塊中間沿缺陷背面開槽壓斷，斷口形貌為結(jié)晶狀,上面分布著許多黑色的小孔洞類缺陷。從缺陷的分布和特征看來，排除氣孔缺陷的可能。取斷片進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理,處理后在中間開槽壓斷，斷口塑性變形明顯，為纖維狀，但上面仍然分布著顏色較深的點(diǎn)狀和孔洞缺陷,故可排除白點(diǎn)缺陷的可能。
2.2金相分析
在低倍缺陷處取金相試樣進(jìn)行顯微組織分析。試樣經(jīng)磨制、拋光后在全相顯微鏡下進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)裂紋缺陷為夾雜物缺陷，其尖端部位及周圍存在大量氧化物夾雜。用4%硝酸酒精溶液腐蝕后，在金相顯微鏡下觀察，試樣的組織為貝氏體，晶粒度為7級(jí)，組織正常。試樣的金相顯微組織形貌。
2.3 打描電鏡及能譜分析
在斷口試塊缺陷處取樣進(jìn)行電鏡分析,缺陷部位組織形貌孔洞缺陷為開裂的裂紋面,其他區(qū)域斷裂形式為解理斷裂。將裂紋處放大看出開裂面上聚集著大量的顆粒狀來雜物。
為明確開裂面上夾雜物的性質(zhì),利用掃描電鏡對(duì)所發(fā)現(xiàn)的裂紋和夾雜物進(jìn)行能譜分析。分別對(duì)夾雜物區(qū)域、夾雜物附近、正常斷裂區(qū)和裂紋邊緣進(jìn)行半定量成分分析。
3 .缺陷成因分析
從試驗(yàn)分析結(jié)果可知，筒體鍛件冒口部位的超標(biāo)缺陷為大型氧化鋁和氧化鈦夾雜物以及夾雜物造成的裂紋。
該筒體鍛件冶煉過程中主要采用鋁脫氧，生成的脫氧產(chǎn)物以氧化鋁類為主。另外,為了達(dá)到鍛件力學(xué)性能的要求,后煉出鋼前加人約0.030%的鈦，在真空澆注倒中間包的過程中鋼水與大氣接觸,造成鋼水中的鈦氧化、產(chǎn)生氧化鈦類夾雜。此外，該護(hù)鋼水生產(chǎn)時(shí)采用了較大型號(hào)的中間包，而精煉包熔煉鋼水噸位較小,倒包過程中熱量損失較大并且鋼水與精煉渣劇烈混沖。渣子未完全上浮即達(dá)到開澆溫度的下限，使精煉渣隨鋼水澆注至鋼鏈模中,最終殘留在鋼錠冒口線以下的部位,導(dǎo)致鍛造的筒體出現(xiàn)環(huán)狀密集型超標(biāo)缺陷。
冒口區(qū)存在的氧化鋁類和氧化鈦類脆性夾雜物與基體的物性及力學(xué)性能差別較大,在受力變形過程中脆性夾雜物不能隨金屬相應(yīng)變形,變形大的鋼基體就會(huì)在變形小的夾雜物周圍產(chǎn)生塑性流動(dòng),其連接處出現(xiàn)應(yīng)力集中,產(chǎn)生微裂紋。在鍛件塑性變形過程中,脆性的氧化鋁類和氧化鈦類夾雜物沿主變形方向被打碎，因此在宏觀形貌上出現(xiàn)了近似平行的夾雜物裂紋痕跡。
4 . 改進(jìn)措施
大型夾雜物和夾雜物裂紋是引起該筒體鍛件缺陷超標(biāo)的主要原因,而夾雜物是在鋼鐵澆注過程出現(xiàn)的。針對(duì)該問題提出改進(jìn)措施；
(1)在真空澆注時(shí)，對(duì)于噸位較小的鋼包，盡量采用小型號(hào)的中間包，避免倒包過程中溫度損失過多,導(dǎo)致澆注溫度偏低，影響鋼水流動(dòng)和夾雜物上浮；
(2)適當(dāng)提高鋼水的出鋼溫度，保證鋼水進(jìn)人中間包后距離澆注溫度上限有10℃的富余量。這樣有利于倒包后鋼中夾雜物順利上浮到表面；
(3)在真空澆注到冒口部位后，適當(dāng)降低澆注速度，避免精煉渣澆注到鋼簇模中。
