分享：35MnBH 钢链轨节开裂原因
彭 磊,潘小静,徐旋旋,赵 宜
(中天钢铁集团有限公司,常州 213011)
摘 要:某35MnBH 钢链轨节在台架试验时发生开裂。采用宏观观察、化学成分分析、金相检 验等方法对链轨节的开裂原因进行了分析。结果表明:该链轨节开裂的主要原因是链轨节在锻造 过程中存在过烧现象,使得其力学性能降低。在台架试验过程中,链轨节受到冲击、扭转等各种复 杂应力的作用,使链轨节表面过烧组织处形成裂纹源,裂纹迅速扩展,最终发生开裂。
关键词:链轨节;台架试验;开裂;过烧 中图分类号:TG115.2 文献标志码:B 文章编号:1001-4012(2021)02-0071-04
链轨节是履带式工程机械和军工机械中履带总 成的关键性零件,链轨节零件支撑着机体,同时又 直接与地面接触,需要承受并传递一定的载荷[1-2]。 链轨节在使用过程中要承受周期性压力和反复的冲 击力,因此需要其具有良好的综合力学性能[3-4]。由 35MnBH 钢制造的190MR 型?75 mm 链轨节,在 台架试验时发现有开裂现象。该链轨节的制造工艺 为:原材料下料(感应加热)→锻打成型→余热淬火 (油)→高温回火→工作面感应加热淬火→低温回 火。笔者对开裂链轨节进行了一系列检验和分析, 以期此类事故不再发生。
1 理化检验
1.1 宏观观察
将链轨节开裂处人工打开,链轨节开裂位置及断 口宏观形貌见图1~图3,可见链轨节开裂位置位于 销孔处。由断口宏观形貌可知,链轨节断裂源位于链 轨节销孔外壁表面,断口较为平直,属脆性断裂断口。
1.2 化学成分分析
在开 裂 链 轨 节 上 取 样,使 用 德 国 超 谱 公 司 QSN750型直读光谱仪对其进行化学成分分析,结 果见 表 1。 可 见 该 开 裂 链 轨 节 的 化 学 成 分 符 合 GB/T5216-2014《保证淬透性结构钢》对35MnBH 钢的成分要求。
1.3 金相检验
取链轨节 原 材 料 圆 钢 进 行 低 倍 检 验,其 结 果 见表2及图4。链轨节原材料的显微组织为珠光 体+铁素体,铁素体晶粒度为8~9级,如图5所 示。链轨 节 原 材 料 的 低 倍 组 织 及 显 微 组 织 均 正常。 在开裂链轨节断裂源处取纵向试样进行金相检 验,其显微组织为回火索氏体+少量贝氏体,奥氏体 晶粒度为1.5级左右,可见断面沿晶断裂且晶粒粗 大,如图6所示;并发现有沿晶显微裂纹及晶界烧损三角形,如图7所示。 在开裂链轨节断裂源处附近的销孔外壁表面组 织中发现存在裂纹及网状铁素体,类似过烧组织缺 陷,如图8所示。
2 分析与讨论
开裂链轨节的化学成分、原材料的低倍组织及 显微组织均符合要求。 该链轨节开裂位置位于销孔处,断裂起源于销 孔外壁表面,断口较为平直,为脆性断口。断裂位置 在非工作面,只进行了余热淬火+高温回火处理,没 有进行最后的表面感应淬火。 链轨节断口处显微组织为回火索氏体+少量贝 氏体,奥氏体晶粒度为1.5级,断面为沿晶断裂;断 口处发现有沿晶显微裂纹及晶界烧损三角形,这些 特征说明该链轨节在制造过程中存在过烧现象,造 成材料组织特别粗大,有时还会发生晶间氧化和部 分晶界熔化,锻打时就容易发生开裂[5-8]。在开裂链 轨节断裂源处销孔外壁表面显微组织中存在局部裂 纹及网状铁素体,为链轨节在锻造时产生的表面过 烧组织,这是链轨节在台架试验时发生开裂的主要 原因。 图8 开裂链轨节过烧处显微组织形貌 Fig 8 Microstructuremorphologyofoverburntpositionof thecrackedcaterpillartracksection a atlowmagnification b athighmagnification 锻件余热淬火后晶粒度过于粗大会降低冲击韧 度,减小裂纹扩展功,扩大冷脆区域。随晶粒的长 大,链轨节淬火开裂和畸变倾向也越大。尤其是混 晶将会剧烈降低材料的结构强度,使应力集中区域 变脆。因此,在生产中使晶粒细化很重要。 链轨节在锻造时,加热温度越高,加热时间越 长,链轨节晶粒越大,超温时表面出现过烧组织;随 后余热淬火将会遗传粗大的晶粒及过烧组织。为避 免圆钢棒料出现过热现象,必须选择合适的始锻温 度。虽然链轨节在锻造过程中受到锻打力,可在一 定程度上细化晶粒。但最终工序的变形程度是影响 锻件晶粒度的主要因素。当最终工序的变形量处于 临界变形区时,锻件的晶粒度特别粗大;一般变形程 度大于临界变形可以获得细小晶粒,但并不是变形 量越大锻件的晶粒度就越细[9]。而且链轨节锻后热 处理为余热淬火+高温回火,锻件成形后直接降温 至某一温度范围内进行淬火,获得马氏体+少量残 余奥氏体,然后进行高温回火,替代调质热处理,可 省去一 次 淬 火 加 热 工 序,节 省 成 本,提 高 了 生 产 效率[10]。
3 结论及建议
该链轨节在台架试验时产生开裂的主要原因是 链轨节在锻造过程中存在过烧现象,使得其力学性 能降低。在台架试验过程中,链轨节受到冲击、扭转 等各种复杂应力的作用,使链轨节表面过烧组织处 形成裂纹源,裂纹迅速扩展,使链轨节在台架试验时 发生开裂。 建议严格控制链轨节锻造加热温度,防止过烧 现象发生。
来源：材料与测试网
