張 錦,仇國(guó)民,黃思琪,馬榮華

(寧夏共享裝備股份有限公司 檢測(cè)中心,銀川 ７５００２１)

摘 要:某ZG１５Cr２Mo１合金鑄件吊耳在吊運(yùn)過程中發(fā)生斷裂,通過宏觀觀察、化學(xué)成分分析、力學(xué)性能測(cè)試、金相檢驗(yàn)、高溫拉伸試驗(yàn)、蠕變?cè)囼?yàn)等方法對(duì)吊耳斷裂原因進(jìn)行了分析.結(jié)果表明:該鑄件吊耳本身晶粒粗大,沖擊吸收能量低,且過渡圓角小,應(yīng)力在該處集中,加之在鑄件吊運(yùn)過程中操作不當(dāng),使得吊耳受到撞擊而斷裂.

關(guān)鍵詞:合金鑄件;吊耳;斷裂;晶粒粗大;應(yīng)力集中

中圖分類號(hào):U４６５．１＋２ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B 文章編號(hào):１００１Ｇ４０１２(２０１８)０７Ｇ０５１２Ｇ０３ZG１５Cr２Mo１合金鑄鋼材料,具有較高的強(qiáng)度、塑性和韌性,在重型機(jī)械中用于制造承受大負(fù)荷的零件[１Ｇ３].這種大負(fù)荷的零件體積和質(zhì)量都較大,在鑄造完成后的轉(zhuǎn)運(yùn)、安裝過程中需要吊運(yùn),常常會(huì)發(fā)生鑄態(tài)吊耳齊根斷裂現(xiàn)象,給生產(chǎn)安全造成了極大的隱患.某ZG１５Cr２Mo１合金鑄件吊耳在吊運(yùn)過程中發(fā)生斷裂,筆者通過一系列的理化檢驗(yàn)和分析,對(duì)吊耳斷裂的原因進(jìn)行了分析,為生產(chǎn)工藝改進(jìn)提供依據(jù),以確保產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量.

１ 理化檢驗(yàn)

１．１ 宏觀觀察

圖１為 ZG１５Cr２Mo１ 合金鑄件吊耳的斷口宏觀形貌,可見斷口平齊發(fā)亮,晶粒較粗,呈現(xiàn)脆性斷ZG１５Cr２Mo１合金鑄鋼材料,具有較高的強(qiáng)度、塑性和韌性,在重型機(jī)械中用于制造承受大負(fù)荷的零件[１Ｇ３].這種大負(fù)荷的零件體積和質(zhì)量都較大,在鑄造完成后的轉(zhuǎn)運(yùn)、安裝過程中需要吊運(yùn),常常會(huì)發(fā)生鑄態(tài)吊耳齊根斷裂現(xiàn)象,給生產(chǎn)安全造成了極大的隱患.某ZG１５Cr２Mo１合金鑄件吊耳在吊運(yùn)過程中發(fā)生斷裂,筆者通過一系列的理化檢驗(yàn)和分析,對(duì)吊耳斷裂的原因進(jìn)行了分析,為生產(chǎn)工藝改進(jìn)提供依據(jù),以確保產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量.

１．２ 化學(xué)成分分析

在斷裂吊耳斷口處取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析,結(jié)果見表１.可見斷裂吊耳的各元素含量均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求.

１．３ 力學(xué)性能測(cè)試

按 照 圖２取１號(hào) 和２Ｇ１號(hào) 試 樣 進(jìn) 行 室 溫 拉 伸 試驗(yàn),?。常牵碧?hào)試樣對(duì)其熱處理(９５０ ℃保溫４h后風(fēng)冷,再７００ ℃高溫回火)后再進(jìn)行室溫拉伸試驗(yàn),結(jié)果見表２.可見未熱處理的斷裂吊耳的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、斷后伸長(zhǎng)率均不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求,且相比熱處理后的力學(xué)性能,吊耳鑄態(tài)時(shí)的強(qiáng)度、硬度均較低.取４號(hào)和２Ｇ２號(hào)試樣進(jìn)行沖擊試驗(yàn),沖擊吸收能量分別為６．７,７．７J;?。常牵蔡?hào)試樣對(duì)其熱處理后再進(jìn)行沖擊試驗(yàn),沖擊吸收能量為９３J.可見熱處理后,吊耳的沖擊吸收能量有了極大的提高.說明該吊耳材料鑄態(tài)下的綜合力學(xué)性能遠(yuǎn)低于熱處理后的,在受到擠壓、沖擊后易發(fā)生脆性斷裂.

１．４ 金相檢驗(yàn)

對(duì)斷裂吊耳進(jìn)行金相檢驗(yàn),結(jié)果如圖３所示,可 見其顯微組織為珠光體＋鐵素體＋少量點(diǎn)狀?yuàn)A雜 物.技術(shù)要求晶粒度級(jí)別不小于６級(jí),實(shí)際為３級(jí). 同一吊耳試樣在微觀下不同顏色部位的顯微硬度不 同,如圖４所示.

斷裂吊耳的顯微組織說明該鑄件在型腔內(nèi)冷速 過慢,形核較少,導(dǎo)致晶粒粗大,晶界成分偏析;且相變過程中合金擴(kuò)散,合金元素含量不同造成珠光體顏色和硬度的不同,其他白色顯微組織為鐵素體.斷裂吊耳熱處理后的顯微組織形貌如圖 ５ 所示,為貝氏體＋少量鐵素體.

１．５ 高溫拉伸試驗(yàn)

在斷裂吊耳上取樣,對(duì)其進(jìn)行高溫(２６０ ℃)拉伸試驗(yàn),結(jié)果見表３.可見在２６０ ℃下斷裂吊耳的抗 拉強(qiáng)度達(dá)５００MPa以上,５０％脆斷面積時(shí)溫度均滿足低于７９ ℃的要求.

１．６ 蠕變?cè)囼?yàn)

在斷裂吊耳上取樣,對(duì)其在不同溫度和應(yīng)力條件下進(jìn)行蠕變?cè)囼?yàn),結(jié)果見表４.可見斷裂吊耳在不同溫度和應(yīng)力下蠕變的持續(xù)時(shí)間均達(dá)１００h以上.

２ 分析與討論

通過以上理化檢驗(yàn)可知:該吊耳的組織晶粒粗 大,是澆鑄溫度偏高、保溫時(shí)間過長(zhǎng)造成的,導(dǎo)致吊耳 韌性很差;再加上該吊耳的過渡圓角小,應(yīng)力在該處 集中,吊耳在吊運(yùn)過程中受到撞擊而發(fā)生脆斷.鑄件 本身重力一部分分解成垂直吊耳的沖擊力,另一部分 分解成平行吊耳的擠壓力,這些合力造成吊耳受沖擊 和擠壓作用而沿粗大的晶界發(fā)生脆性斷裂[４Ｇ５].

３ 結(jié)論及建議

該斷裂吊耳本身晶粒粗大,沖擊吸收能量低,且 吊耳過渡圓角半徑小,應(yīng)力在該處集中,在鑄件吊運(yùn) 過程中操作不當(dāng),使得吊耳受到撞擊而斷裂. 建議嚴(yán)格控制鑄件澆鑄溫度、保溫時(shí)間等,避免 鑄件組織粗大;適當(dāng)加大吊耳根部的過渡圓角;規(guī)范 鑄件吊運(yùn)操作,輕起輕放,避免吊運(yùn)不當(dāng)使得吊耳受 到撞擊.