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40Cr低合金結(jié)構(gòu)鋼重載車軸斷裂失效分析
發(fā)布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司www.85978597.cn
更新時(shí)間：2015-01-07
正常條件下，熱軋供應(yīng)狀態(tài)下的40Cr低合金結(jié)構(gòu)鋼具有較高的塑性、韌性，而在熱軋、調(diào)質(zhì)熱處理后，其綜合力學(xué)性能應(yīng)會(huì)得到顯著改善，尤其是屈服強(qiáng)度、塑性和韌性應(yīng)較高。
某型重載車軸原材料為40Cr低合金結(jié)構(gòu)鋼，原材料的供應(yīng)狀態(tài)為熱軋狀態(tài)，車軸的生產(chǎn)工藝為：工頻加熱→初軋→工頻加熱→終軋→軋后空冷→調(diào)質(zhì)熱處理→熱矯直→機(jī)加工，工頻加熱爐的形狀均為圓柱狀，加熱線圈為圓弧狀，初、終軋采用軋輥方式，初軋后在軸頭與軸管相連處形成弧度。淬火采用可控氣氛爐加熱，淬火爐允許使用的上限溫度為1100℃。在車軸熱矯直時(shí)，在軸頭附近易發(fā)生斷裂。通過對車軸的化學(xué)成分、力學(xué)性能、金相顯微組織進(jìn)行檢測，對車軸斷裂的原因進(jìn)行了分析。
研究表明，金屬工件發(fā)生脆性斷裂的原因有很多，包括材料本身較脆，環(huán)境致脆（氫脆、應(yīng)力腐蝕、液態(tài)金屬脆）等。由于工件表面與環(huán)境接觸，環(huán)境致脆所導(dǎo)致的斷裂失效易從表面或亞表面起始。一般情況下，氫脆易從亞表面起源，而應(yīng)力腐蝕和液態(tài)金屬致脆則總是從表面起源。由檢測可知，車軸的斷面上未發(fā)現(xiàn)低熔點(diǎn)金屬，因此可排除液態(tài)金屬致脆的可能性。對端口形貌的研究亦可排除應(yīng)力腐蝕和氫致脆性和環(huán)境致脆所致斷裂的可能性，由此判斷，車軸的斷裂應(yīng)與車軸材料本身較脆有關(guān)。
正常條件下，熱軋供應(yīng)狀態(tài)下的40Cr低合金結(jié)構(gòu)鋼具有較高的塑性、韌性，而在熱軋、調(diào)質(zhì)熱處理后，其綜合力學(xué)性能應(yīng)會(huì)得到顯著改善，尤其是屈服強(qiáng)度、塑性和韌性應(yīng)較高，車軸本身之所以發(fā)生脆性斷裂，其原因有以下幾種可能：
????（1）原材料存在嚴(yán)重的過熱組織；
????（2）工頻加熱時(shí)存在工藝不完善或失控，工件局部出現(xiàn)了短暫超溫等現(xiàn)象，導(dǎo)致材料產(chǎn)生了嚴(yán)重的過熱組織；
????（3）淬火熱處理時(shí)出現(xiàn)了短暫超溫，導(dǎo)致材料產(chǎn)生了嚴(yán)重的過熱組織；
????（4）原材料存在較多的低熔點(diǎn)夾雜；
????（5）熱矯直時(shí)應(yīng)力過大；
????（6）淬火工藝不合理，淬火應(yīng)力較大。
正常條件下，車軸熱軋后的晶粒應(yīng)是較為細(xì)小均勻的，車軸的基體組織之所以出現(xiàn)嚴(yán)重的過熱組織，其原因是終軋前的工頻加熱過程中出現(xiàn)溫度失控，與車軸的制造工藝不當(dāng)有關(guān)。當(dāng)金屬坯料最大界面的表層到達(dá)工藝要求溫度上限時(shí)，金屬坯料最小截面的表層溫度尚未達(dá)到工藝要求的溫度，此時(shí)若加熱持續(xù)的時(shí)間稍微延長，金屬最大截面的表面溫度就會(huì)升高，導(dǎo)致晶粒粗大而致過熱，如加熱時(shí)間延長或加熱溫度再升高，接近其臨界熔化溫度，產(chǎn)生了過燒組織，產(chǎn)品就會(huì)報(bào)廢。
????應(yīng)對措施主要是改進(jìn)車軸制造工藝，采用圓柱形工頻加熱爐加熱時(shí)，可將原工藝改為：工頻加熱→初軋成形→軋后空冷→調(diào)質(zhì)熱處理→熱矯直→機(jī)加工；若仍采用原工藝，則終軋前工頻加熱爐的爐腔形狀應(yīng)與軸頭形狀類似。另外，過熱嚴(yán)重的車軸應(yīng)報(bào)廢。
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