50SiMnVB殼體裂紋原因分析

朱曉英，莊明輝，姜春茂，宋瑞華，劉有江，劉淑艷，劉典富

（北方華安工業(yè)集團有限公司，齊齊哈爾 161046）

殼體作為某產(chǎn)品一重要零件，材料采用50SiMnVB鋼。經(jīng)沖壓、熱處理并采用水溶性淬火劑冷卻后，機加到“車全形”，目測發(fā)現(xiàn)在距口部50～55 mm的位置，有橫向環(huán)形裂紋。文中通過宏、微觀觀察、金相組織檢查和化學成分分析檢測、驗證試驗等，確定了殼體裂紋性質(zhì)和原因，并提出了預防和改進措施。

1 原因分析

1.1 宏、微觀分析

某產(chǎn)品重要零件殼體主要工藝流程:下料→鋼坯感應加熱→沖孔、拔伸→粗車外圓→收口前車外圓→收口前加熱→收口→熱處理→車全形→磁力探傷→表面處理。

該殼體首批機加到“車全形”工序，目測發(fā)現(xiàn)分布在距口部50～55 mm位置，存在橫向環(huán)形裂紋，見圖1。理化分析結(jié)果判定:“收口折疊引起的淬火擴展裂紋，折疊深度0.21 mm，擴展裂紋深度0.27 mm，組織為回火索氏體”。金相分析見圖2。

圖1 橫向環(huán)形裂紋Fig.1 Horizontal circumferential cracks

測量熱處理前收口毛坯距口部70～75 mm位置（機加后為50～55 mm）存在環(huán)形“折疊”，見圖3［1—5］。判定結(jié)果為:收口毛坯口部表面疵病為“折疊”，組織為珠光體+鐵素體，深度0.3～0.5 mm，金相分析見圖4。

圖2 折疊擴展裂紋（×200）Fig.2 Fold extension crack at a magnification of（×200）

圖3 口部折疊毛坯Fig.3 Blank with mouth folding

圖4 折疊毛坯金相（×100）Fig.4 Metallograph of blank with folding at a magnification of（×100）

1.2 化學成分分析

對不同批次殼體材料50SiMnVB采用化學粉末法對其化學成分進行檢測，結(jié)果見表1。由表1可知，殼體的化學成分符合技術要求。

表1 殼體化學成分Table 1 Chemical composition of the shell

1.3 加工過程

1）除了原材料的冶金過程可能帶來一些缺陷外，熱加工不當所造成缺陷都會造成后續(xù)熱處理（淬火）時形成裂紋等疵病。鍛件毛坯形成的裂紋是不易被發(fā)現(xiàn)的，所以裂紋的擴展只有在隨后的淬火過程才能顯著地暴露出來。機加毛坯一經(jīng)淬火處理，將會使原來存留的裂紋擴展，使其暴露于鋼件的表面。根據(jù)成品殼體裂紋分布位置規(guī)律性，且和收口毛坯口部“折疊”位置基本一致，因此工藝加工問題是主要原因，收口毛坯口部“折疊”是造成熱處理時淬火“周向”裂紋的主要原因。

2）殼體口部裂紋的主要原因是收口毛坯折疊造成的，從毛坯投料順序看，收口毛坯折疊是生產(chǎn)過程中逐步產(chǎn)生的，且由輕到重、由淺到深。分析認為，折疊產(chǎn)生的原因是收口模引模角偏大，經(jīng)連續(xù)生產(chǎn)時收口模由于磨損產(chǎn)生掛臘，并逐漸加重，使口部引模角位置摩擦力增大，導致毛坯口部逐漸形成折疊［6—10］。

3）產(chǎn)品試制期間質(zhì)量控制存在薄弱環(huán)節(jié)。一是執(zhí)行過程（收口外觀檢查、磁力探傷工序）對工藝規(guī)定疵病和操作方法掌握不夠細;二是對產(chǎn)品質(zhì)量細小的變化情況未引起重視，疵病發(fā)現(xiàn)不及時造成了裂紋的出現(xiàn)。

2 驗證試驗

2.1 原材料試驗

為驗證原材料疵病和化學成分對裂紋的影響，利用4，7號爐進行試驗。試驗項目及結(jié)果見表2。

表2 原材料試驗項目及結(jié)果Table 2 Items and results of raw materials test

試驗結(jié)果證明:4號爐26件超聲波檢驗剔除的有傷料，調(diào)整收口模具消除收口折疊后水基淬火，試驗結(jié)果證明，有疵病的材料采用水基淬火，沒有殼體口部“周向”裂紋產(chǎn)生;7號爐98件含碳量上限料，調(diào)整收口模具取消收口折疊后水基淬火，試驗結(jié)果證明，含碳量上限材料采用水基淬火，沒有殼體口部“周向”裂紋產(chǎn)生。

以上結(jié)果說明，含碳量上限材料和有低倍缺陷材料的無折疊殼體，進行水基淬火均不產(chǎn)生“周向”裂紋，因此，殼體口部裂紋與鋼材成分和低倍缺陷無關［11—15］。

2.2 淬火介質(zhì)試驗

為驗證收口毛坯折疊和熱處理不同淬火介質(zhì)對裂紋的影響，進行了工藝試驗。試驗結(jié)果證明:

1）對不同爐號帶有折疊的收口毛坯，熱處理時分別采用AQ364水溶性淬火劑和油淬火，均產(chǎn)生淬火延展裂紋，水基淬火裂紋深度大于油淬火裂紋的深度;對不同爐號收口毛坯折疊車掉，熱處理采用油基和水基介質(zhì)淬火均不產(chǎn)生“周向”裂紋。因此，收口毛坯折疊是產(chǎn)生殼體口部淬火“周向”裂紋的直接原因。

2）對相同爐號帶有折疊收口毛坯進行熱處理，采用水基和油基介質(zhì)進行淬火，裂紋比例分別為9%和1.9%，這說明，在殼體毛坯有缺陷的情況下，熱處理采用油基介質(zhì)淬火應力敏感小，對殼體口部裂紋有緩解作用。

3 采取措施

1）對未收口殼體，修改收口模引入角:由20°改為10°。經(jīng)驗證，在收口過程中沒有產(chǎn)生局部金屬堆積變形，消除了口部折疊，徹底解決了收口“折疊”問題。經(jīng)過熱處理、機加、磁力探傷考核，未出現(xiàn)殼體口部裂紋問題。

2）對已收口未熱處理殼體毛坯，采用機加將口部“折疊”車掉。經(jīng)過熱處理、機加、磁力探傷考核，未出現(xiàn)殼體口部裂紋問題。

4 結(jié)論

綜上所述，收口毛坯口部“折疊”是造成熱處理時淬火“周向”裂紋的主要原因;其次，收口毛坯口部有“折疊”時，熱處理采用AQ364水溶性淬火劑淬火，增加了裂紋的數(shù)量。

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