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分享:注塑机螺杆表面麻坑产生原因

2023-02-24 15:21:01 

朱文凯,安鹏达,(中天钢铁集团有限公司,常州 213011)

摘 要:某注塑机38CrMoAlA 钢螺杆表面存在麻坑,采用宏观观察化学成分分析金相检验断口分析等方法对麻坑的产生原因进行分析结果表明:螺杆表面氮化层显微组织不良,存在脉状 氮化物及晶界网状氮化物,该氮化物脆性极大,且沿着晶界呈网状分布,破坏了金属基体的连续性, 导致表层脆性增加;在对螺杆进行氮化后抛光时,受抛光压力的作用,表层晶界网状氮化物发生开 ,使得表面产生脱落现象,导致螺杆表面出现麻坑;造成氮化层显微组织不良的原因与螺杆在氮 化前存在不良显微组织有关

关键词:38CrMoAlA ;;沿;中图分类:TB31;TG142.1 :B 文章编号:1001-4012(2022)12-0077-0

由于注塑机螺杆在高温腐蚀磨损等恶劣环境 下工作,因此螺杆的材料必须耐高温耐腐蚀耐磨 [1-2]。38CrMoAlA 钢是高级氮化钢,强化渗氮后 其表面硬度可达950~1050 HV,并且渗氮处理后 38CrMoAlA 钢的热变形很小,故该钢常用来制造 超长尺寸的螺杆某公司用 38CrMoAlA 钢生产注塑机螺杆,工工艺为:粗车加工调质处理铣削加工成形表面磨抛表面氮化处理(510~530 ℃)→表面抛 检验在对一批螺杆进行表面氮化后抛光时, 发现有几支螺杆表面存在麻坑,这严重影响了螺杆 的表面质量笔者采用一系列理化检验方法对螺杆 表面麻坑的产生原因进行了分析


1 理化检验

1.1 宏观观察

注 塑 机 螺 杆 外 径 为 50 mm,长 度 约 为 2000mm,螺杆 宏 观 形 貌 如 图 1 所 示经 目 视 观 ,螺杆螺旋齿的齿根齿顶及齿侧面的表面均存 在密集无规律肉眼可见的麻坑(见图2),并且在 螺杆 螺 旋 齿 的 齿 顶 边 角 部 存 在 基 体 脱 落 现 象 (见图3)。


1.2 化学成分分析 在螺杆上取样,使用 QSN750型直读光谱仪进 行化学成分分析,结果如表1所示,可知螺杆的化学 成分符合 GB/T3077—2015 《合金结构钢标准对 38CrMoAlA 钢的要求


1.3 扫描电镜(SEM)分析 在螺杆上取样,置于扫描电镜下观察,螺杆表面 麻坑为不规则凹坑(见图4),坑内可见沿晶开裂脱 落痕迹(见图5)。 4 螺杆表面麻坑SEM 形貌 5 坑内沿晶开裂脱落痕迹SEM 形貌

1.4 金相检验 沿螺杆中心线剖开,取纵向试样进行金相检验螺杆螺旋齿的齿根齿顶及齿侧面的表面均有一层 氮化层,层深约为 0.57 mm;表 面 没 有 发 现 白 亮 ”,因此氮化层仅有扩散层,组织非常粗大;在氮化 层内分布着针状脉状和沿晶界的氮化物,以及沿晶 界网状氮化物开裂的裂纹螺杆表面麻坑呈细小凹 坑形貌,在凹坑处及附近未见非金属夹杂物聚集和 粗大夹渣,并且凹坑呈现沿晶剥落形态,说明麻坑形 成 与沿晶裂纹有关(见图6~8)。在螺杆螺旋齿的齿顶边角处同样存在针状脉状及沿晶氮化物,以及 沿晶裂纹(见图9~10)。螺杆表面麻坑及裂纹均位 于氮化层内,麻坑处及附近的脉状沿晶氮化物较严 ,这种特征具有普遍性9 螺旋齿齿顶边角处氮化层显微组织形貌 10 沿脉状及晶界氮化物扩展的裂纹微观形貌 螺杆基体非金属夹杂物检验结果如表2所示,见非金属夹杂物级别符合 GB/T30772015的要求2 螺杆基体非金属杂物相检结果 项目 A B C D 细系 粗系 细系 粗系 细系 粗系 细系 粗系 Ds 实测值 0.5 0.0 1.0 0.0 0.0 0.0 1.0 0.5 - 标准值 ≤3.0≤2.5≤3.0≤2.0≤2.0≤1.5≤2.0≤1.5 - 螺杆表层基体组织均匀,未发现明显偏析现象, 仅心部存在轻微的带状组织;螺杆表层基体为粗大 贝 氏 体 组 织,晶 粒 度 为 2 ~ 3 ,该 组 织 与 38CrMoAlA 钢的热轧态组织相似(见图11)。 取一段材料为38CrMoAlA 钢的?50mm 热轧 11 螺杆表层基体的显微组织形貌 圆钢,940 加热,1h淬油+640 回火4h工艺进行调质处理,得到的显微组织为回火索氏体, 晶粒度为6~7(见图12)。

热轧态38CrMoAlA 圆钢基体为粗大贝氏体组

2 ,

2~3(见图13)。 螺杆的化学成分及非金属夹杂物均符合 3077—2015要求,未发现螺杆表层组织有明显 G B/ T 现象,表明螺杆材料正常

螺杆螺旋齿的齿根齿顶及齿侧面均存在密集无规律肉眼可见的麻坑;在螺杆螺旋齿的齿顶边角 部有基体脱落现象经扫描电镜观察,螺杆表面麻 坑为不规则凹坑,坑内有沿晶开裂剥落痕迹;螺杆表 层麻坑属于表面不规则凹坑缺陷,为非材料原因引 起的缺陷,应与表层组织特性有关螺杆螺旋齿的齿根齿顶及齿侧面的表面均有 一层氮化层,层深约为0.57mm;表面没有发现亮层”,因此氮化层仅有扩散层,组织非常粗大氮化层内分布着针状脉状和沿晶界的氮化物,以及 沿晶界网状氮化物开裂的裂纹螺杆表面麻坑为不 规则凹坑,坑内有沿晶开裂剥落痕迹,说明其形成与 沿晶裂纹有关在螺杆螺旋齿的齿顶边角处同样有 针状脉状及沿晶氮化物,以及沿晶裂纹螺杆表面 麻坑及裂纹均位于氮化层内,麻坑处及附近的脉状沿晶氮化物较严重上述特征表明:螺杆表层麻坑的产生原因是氮化 层显微组织不良,氮化层内存在针状脉状及沿晶界 网状氮化物这种氮化物脆性极大,又沿着晶界呈网 状分布,破坏了金属基体的连续性,导致表面层脆性 增加在螺杆氮化处理后抛光时,受抛光压力的作 ,在氮化层内晶界网状氮化物处萌生裂纹,使得表 面产生剥落现象,导致螺杆表面出现麻坑在螺杆螺 旋齿的齿顶边角处产生基体剥落也是同样的原因在表面氮化过程中,螺杆表面形成了一层富氮的氮 化硬化层,从而提高了螺杆表面的硬度耐磨性疲劳强 度等性能如果表面氮化层组织粗大,并存在针状脉状 及晶界网状氮化物,则会严重降低表面性能这种表面 氮化层组织的形成与38CrMoAlA钢的化学成分氮化前 组织晶粒度氮化工艺等有着密切关系[3]由于38CrMoAlA钢热轧态组织为粗大贝氏体, 晶粒 粗 大,不 适 合 直 接 进 行 氮 化 处 理,因 此 用 38CrMoAlA钢制造的螺杆在氮化处理前需经过调质 处理,氏体,6~7[4-5],的组, 但该螺杆的基体为粗大贝氏体组织,晶粒粗大,非常 类似于38CrMoAlA钢的热轧态组织,与调质处理后 的正常组织相差很大,说明该螺杆在氮化处理之前存 在不良组织,这种组织状态在经过氮化后一般不会发 生改变粗大贝氏体组织使螺杆氮化扩散层的针状脉状氮化物加剧,特别当晶粒粗大时,晶界减少,晶界 上合金氮化物数量就更多,脉状氮化物显得又长又 ,并沿晶界分布,使氮化层脆性增加[6-8]

3 结论

(1)螺杆表面麻坑产生原因是氮化层组织不 , 种 氮 氮 化 化 层 物 内 脆 存 性 在 极 针 大 状脉状及沿晶界网状氮化物, ,沿着网状,破坏 了金属基体的连续性,表层(2)良的原因与螺杆在氮化 处理前

来源:材料与测试网