摘 要:某批２０Cr２Ni４鋼制打擊罩硬度出現(xiàn)異常,導(dǎo)致機(jī)加工刀具壽命嚴(yán)重降低.通過宏觀分 析、化學(xué)成分分析、硬度分析和金相檢驗(yàn)等方法對打擊罩異常件和正常件進(jìn)行了對比分析.結(jié)果表 明:該鋼熱加工后產(chǎn)生了硬度較高的粒狀貝氏體,后續(xù)正火＋高溫回火熱處理可以使粒狀貝氏體分 解從而降低產(chǎn)品硬度;異常件為未經(jīng)熱處理的產(chǎn)品,其奧氏體晶粒粗大,硬度偏高,從而導(dǎo)致刀具損 壞嚴(yán)重.建議產(chǎn)品分類擺放,加強(qiáng)現(xiàn)場管理和監(jiān)控力度.

關(guān)鍵詞:２０Cr２Ni４鋼;打擊罩;奧氏體;熱處理;粒狀貝氏體

中圖分類號:TG１１５．２ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B 文章編號:１００１Ｇ４０１２(２０１９)１２Ｇ０８５０Ｇ０３

２０Cr２Ni４鋼屬于高強(qiáng)度合金滲碳鋼,具有良好 的綜合力學(xué)性能,強(qiáng)韌性和淬透性均超過１２CrNi３ 鋼.該鋼制成的某批打擊罩產(chǎn)品在機(jī)加工時(shí),刀具 直接崩壞,刀具材料為 YT５合金,正常壽命為２００ 件.為查明該批產(chǎn)品異常的原因,筆者對其進(jìn)行了 一系列理化檢驗(yàn)和分析.

１ 理化檢驗(yàn)

１．１ 宏觀分析

打擊罩為圓柱型,中間通孔,形狀較規(guī)則,其宏 觀形貌見圖１.

在 打 擊 罩 異 常 件 和 正 常 件 下 端 各 截 取 長 約２０mm的試樣進(jìn)行金相檢驗(yàn)及化學(xué)成分分析,硬度 檢測點(diǎn)為產(chǎn)品表面,如圖２所示.

１．２ 化學(xué)成分分析

打擊罩的化學(xué)成分分析結(jié)果見表１.可見異常 件和 正 常 件 均 符 合 GB/T３０７７－２０１５«合 金 結(jié) 構(gòu) 鋼»對２０Cr２Ni４鋼的技術(shù)要求且兩者各元素含量 相差不大.

１．３ 硬度分析

該批產(chǎn)品共退回３１件,使用布氏硬度計(jì)測試其 硬度,壓 頭 直 徑 為 ５ mm,試 驗(yàn) 力 為 ７ ３５０ N (７５０kgf),保持時(shí)間為３０s,發(fā)現(xiàn)合格件有１６件, 硬度在１８５~２２０HB之間;不合格件有１５件,硬度 在２８０~３２０HB之間.可見打擊罩硬度過高是導(dǎo) 致加工刀具直接崩壞的主要原因[１Ｇ３].

１．４ 金相檢驗(yàn)

圖３ 正常件與異常件的顯微組織將從正常件和異常件上截取的試樣經(jīng)磨拋和 ４％(體積分?jǐn)?shù))硝酸酒精溶液浸蝕后,采用 AxioVert A１型光學(xué)顯微鏡觀察其顯微組織,如圖３所示.可以看出,正常件與硬度異常件的顯微組織均為鐵素 體＋珠光體＋粒狀貝氏體,且貝氏體的形態(tài)相似.

２ 分析與討論

異常件的化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)要求,但硬度值偏 高,初步認(rèn)定該批打擊罩異常件為鍛后未熱處理或 者正火后未回火混料.為進(jìn)一步確定異常件的具體 狀態(tài),采用實(shí)驗(yàn)室馬弗爐對其進(jìn)行不同工藝的熱處 理.正火工藝為８８０ ℃保溫２h后空冷,高溫回火 工藝為(６６０±１０)℃保溫３h.硬度和金相檢驗(yàn)試 樣取圖２所示的相同位置.由表２可以看出,異常 件的硬度比正火件的略高,和鍛后空冷件的相近. 推測該異常件為鍛后空冷未正火件.

從圖４可以看出,該打擊罩異常件和鍛后空冷 件晶粒尺寸均較大,而經(jīng)實(shí)驗(yàn)室正火后晶粒明顯減 小,說明異常件為鍛后未正火件.

打擊罩經(jīng)鍛后空冷或?qū)嶒?yàn)室正火處理后的顯微 組織相同,均為珠光體＋粒狀貝氏體＋鐵素體[４]. 而經(jīng)實(shí)驗(yàn)室正火＋高溫回火后,鐵素體上均勻分布 著大量碳化物,這些碳化物是粒狀貝氏體的分解產(chǎn) 物,見圖５.粒狀貝氏體的分解,可以使打擊罩的硬 度降低[５].

２０Cr２Ni４鋼在熱加工過程中易形成粒狀貝氏 體,亦稱島狀貝氏體,它是過冷奧氏體在貝氏體轉(zhuǎn)變 溫度區(qū)最上端的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物,其特征為塊狀或條狀鐵 素體內(nèi)分布著眾多島狀復(fù)相組織(高碳奧氏體區(qū)). 富碳奧氏體區(qū)既可以分布于鐵素體晶粒內(nèi),也可分 布于鐵素體晶界上[６].粒狀貝氏體中的島狀富碳奧 氏體在繼續(xù)冷卻過程中,隨著冷卻條件和過冷奧氏 體穩(wěn)定性不同,可發(fā)生３種情況的變化,一是部分或 全部轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體和碳化物;二是部分轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏 體,這種馬氏體含碳量很高,呈片狀,與殘余奧氏體 組成的島狀組織用“MＧA”表示;三是富碳奧氏體全部殘留下來.其中,部分轉(zhuǎn)化為馬氏體,形成島狀組 織的情況是最常見的.

由圖６中２０Cr２Ni４鋼的 C 曲線可知[７],在加 熱過程中,鉻、鎳和微量鉬元素能溶于奧氏體中,使 得 C曲線右移.對照正常 C曲線,以一定速度v 空 冷,得到的組織是珠光體＋鐵素體;如果鉻、鉬、鎳等 合金元素含量偏高,C曲線右移,仍按照此前的速度 v 冷卻,則會產(chǎn)生粒狀貝氏體組織.

對于 ２０Cr２Ni４ 鋼或類似材料,鉻等能夠提高 淬透性的合金元素含量偏高是促進(jìn)粒狀貝氏體形成 的原因.后續(xù)正火＋高溫回火是為了使粒狀貝氏體 分解,降低硬度,從而獲得良好的切削性能[８Ｇ９].

３ 結(jié)論及建議

(１)該批硬度異常的打擊罩零件為鍛后空冷未 正火件,熱加工過程中出現(xiàn)的粒狀貝氏體使得產(chǎn)品 硬度較高.熱處理外協(xié)管控不嚴(yán)格,導(dǎo)致未熱處理 的產(chǎn)品與正火＋高溫回火后的合格產(chǎn)品混淆在一 起,造成后續(xù)機(jī)加工刀具壽命降低,嚴(yán)重影響了切削 效率.

(２)建議加強(qiáng)現(xiàn)場管理和監(jiān)控力度,每一工序 完成后的產(chǎn)品需按區(qū)域分開放置.

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<文章來源>材料與測試網(wǎng)>期刊論文>理化檢驗(yàn)－物理分冊>55卷>12期(pp:850-852)>