钢锻造裂纹分析

摘要：针对20CrMnTiH钢锻造裂纹问题进行实验，发观锻造裂纹的产生原因是原始材中存在氧化物夹杂、硅、锰成分偏析以及锻遗加热时间控制不当等。WUg热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

关键词：20CrMnTiHWUg热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

1试验条件与方法WUg热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

20CrMnTiH7～8级，强度高、韧性好，广泛应用于机械行业。莱芜钢铁股份有限公司特钢厂()20CrMnTiH钢用户反映在锻造时有裂纹出现，特取试样进行分析。其化学成分和热加工工艺分别见表1和表2。WUg热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

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20GrMnTiH钢由锯床下料。锻造加热在煤气炉中进行，其变形过程为；圆钢()→墩粗→进模打平→冲孔→扩孔→整平→挖槽→修磨。在镦粗工序中有多件锻坯产生裂纹。裂纹基本呈横向分布在上下表面上。每件有2～650mm1。5mm，深度约3～4mm，而且有的裂纹在末端呈放射状。WUg热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

2检验结果WUg热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

4%1、2、3和4。WUg热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

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图1WUg热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

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20GrMnTiHWUg热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

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钢组织400×图2 20GrMnTiH100×WUg热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

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图350×图4100×WUg热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

图1中，20CrMnTiH+20m的方形AlN100X8级。WUg热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

为显示出20CrMnTiH钢的裂纹缺陷，在400X下拍摄了其横向裂纹如图2所示。从该照片上可以看出。裂纹内部有灰色的物质，靠近裂纹的晶粒比裂纹两边较远处基体的晶粒要大得多，裂纹沿晶粒粗大处产生并扩展。说明在轧制过程中加热时间过长。WUg热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

图3是一裂纹末端形貌，由图看出裂纹扩展时有分叉，呈"Y"字形。照片上沿裂纹有黑色的斑点。为未清理掉的脏物。WUg热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

图488条不同的裂纹中也有部分裂纹分为更小的裂纹，呈放射状。裂纹附近的晶粒明显大于基体的晶粒。有过热现象。WUg热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

3分析及讨论WUg热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

(1)20CrMnTiH钢的基体组织是正常的，图4显示在裂纹边沿的晶粒比基体的晶粒要粗大，有微过热现象。图2，图3，图4照片的共同之处是裂纹内部都有灰色的氧化物夹杂，说明冶炼时排渣不净，这是直接导致产生裂纹的原因，但在原材料中并没有发现有裂纹。伴随着晶粒大小不均匀。由此我们推断这是锻造裂纹。另一方面。之所以形成上述罕见的这么多的裂纹，还有另外的因素。现场观察，由于控温仪表的显示误差致使始轧温度超过所规定的值，轧制时仍保留着B铁素体和奥氏体的混合相，该两相组织也进一步导致了裂纹的扩展。一旦出现微小裂纹，裂纹两边由于空气的进入而反应导致脱碳，由于脱碳，裂纹两边出现贫碳区，晶粒长大的阻力减小。所以裂纹两边的晶粒比基体的要大。此外，在图4Mn、Cr1。11%和1。30%Mn0。01%。由于Mn、CrMn、Cr在裂纹处的偏析形成了过量的合金碳化物，增大了材料的脆性，所以形成了如图4所示的裂纹。WUg热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

(2)从受力情况分析，图2，图3和图4裂纹都属于张开型裂纹，拉应力垂直于裂纹扩展面、裂纹沿作用力方向张开，由于氧化物夹杂的塑性非常小，其边缘产生应力集中，材料受到的应力为：WUg热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

式中K---夹杂物与基体应力场强度因子；r---位移矢量。WUg热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

KK1，所以σ>σ11时。裂纹就沿夹杂物与钢基体接触面产生并扩展。这时钢件的系统势能下降，进一步锻造，在夹杂物尖端又集中了大量的应力和势能，当这种应力和势能超过材料所能承受的韧性极限时，裂纹就会在夹杂物尖端向有组织缺陷和有更细小的夹杂物方向伸展，形成更小的沿晶裂纹，从而形成象图3和图4所示的形态。WUg热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

4结论WUg热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

该20CrMnTiH钢裂纹是由下列两种因素综合作用的结果：其一是内部有夹杂物，这直接导致了钢件在锻造中产生裂纹，是主要原因；其二是材料有徽过热和成分偏析现象，形成组织缺陷，致使裂纹扩展更加敏感。WUg热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE