吳玉蘭
(江蘇工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院,南通 226007)
空心軸材料42CrNiMo,軸長(zhǎng)2.1m,內(nèi)孔Φ150mm,外圓Φ600mm。一端有法蘭,法蘭直徑Φ1.6m,厚度280mm。熱處理工藝如下:840℃加熱→空氣預(yù)冷6min→淬入水中24min后取出空冷→640℃回火。
取橫向試樣,由管件外壁向內(nèi)表面測(cè)試其洛氏硬度值,結(jié)果如表1所示。
表1 空心軸試樣洛氏硬度測(cè)定值
硬度最低處位于距外表面18.5cm處,管壁厚度中心距表面11.0cm附近,由此可以斷定:管內(nèi)壁入水時(shí)間滯后于外表面,冷卻烈度也遠(yuǎn)低于外表面。
切取管件橫向切面,磨光后做著色探傷,結(jié)果如圖1所示,切面上除兩條裂紋外未見(jiàn)任何宏觀缺陷,也未見(jiàn)任何氫致裂紋跡象。
圖1 著色探傷
切取厚度為5cm的管件橫向切片,分成四塊。分別按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)在1∶1的鹽酸中熱浸蝕,其中兩塊有裂紋的酸浸后縮小的照片如圖2、圖3所示。從試件上可以判斷為:一般疏松1.5級(jí),屬合格級(jí)別。因照片已縮小,無(wú)法顯示一般疏松,未見(jiàn)氫致裂紋等宏觀缺陷,這與著色探傷結(jié)果一致,可以排除原鍛件存在氫致裂紋等鍛造缺陷導(dǎo)致管件淬火開(kāi)裂的可能性。
圖2 切片1#
圖3 切片2#
管件外緣的金相組織如圖4、圖5所示。
圖4 管件外緣金相組織1(800X)
圖5 管件外緣金相組織2(800X)
組織為回火索氏體,組織極其細(xì)密(鎳的作用特別明顯),即使在放大800倍時(shí)也不易觀察到回火索氏體中碳化物析出質(zhì)點(diǎn)的形貌和分布(碳素鋼在放大500倍時(shí)就能清晰地觀察到回火索氏體中的細(xì)微質(zhì)點(diǎn))。可以認(rèn)為外表面淬火加熱溫度適宜,冷卻速度也適中。
距管件外緣6.0cm和11.0cm處(該處接近壁厚的一半)的金相組織如圖6、圖7所示。圖6中大部分為回火索氏體組織,灰白色條狀組織是回火貝氏體,因?yàn)樨愂象w優(yōu)先于馬氏體形成,因此它貫穿原奧氏體晶粒,比馬氏體針長(zhǎng);又因?yàn)樗旧砭陀刑蓟铮鼗鹚俣瓤煊隈R氏體,所以回火貝氏體顯得比較長(zhǎng)的同時(shí)顏色也比較淺白。
除灰白色回火貝氏體外,圖7中又出現(xiàn)淺灰色的塊狀組織,它是淬火屈氏體經(jīng)高回球?;蟮慕M織。這說(shuō)明距表面11.0cm附近冷卻速度較慢,淬火時(shí)既出現(xiàn)屈氏體又出現(xiàn)貝氏體,所以這一區(qū)域硬度較低。
圖6 距表面6.6cm處(800X)
圖7 距表面11.0cm處(800X)
管內(nèi)壁表面的金相組織如圖8、圖9所示。圖8組織中大部分為回火索氏體組織,仍可以看到少量回火貝氏體組織,但遠(yuǎn)少于管壁中心。從圖9高倍放大照片中,人們?nèi)钥梢钥吹奖桓邷鼗鼗鹎蛄;拇慊鹎象w塊。
圖8 管內(nèi)壁表面的金相組織(800X)
圖9 管內(nèi)壁表面的 金相組織(2000X)
由上面的分析可以判斷,管壁外側(cè)冷卻最快,其次是管壁內(nèi)側(cè),距離表面11.0cm處冷卻較慢,非馬氏體組織較多。由此可以推測(cè),距表面18.5cm處非馬氏體組織最多,硬度也最低。
取樣作光譜分析,管件化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))如下:C 0.45%、Si 0.30%、Mn 0.75%、Cr 1.06%、Ni 0.59%、Mo 0.28%、V 0.04%、Ti 0.04%、W 0.022%、P 0.007%、S 0.001%。管材的化學(xué)成分符合42CrNiMo鋼的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
管件基體組織大部分為回火索氏體,并且組織極其細(xì)密,說(shuō)明調(diào)質(zhì)加熱溫度適中;管件化學(xué)成分符合42CrNiMo鋼的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。從管件硬度分布和金相組織形態(tài)可以判斷管件在淬火時(shí),內(nèi)外壁入水時(shí)間不等同,內(nèi)外壁淬火烈度也不相同,內(nèi)壁入水時(shí)間滯后,淬火烈度也較低。這樣管件外側(cè)先形成淬火組織,體積膨脹,外徑擴(kuò)張則會(huì)對(duì)內(nèi)壁形成極大的周向張應(yīng)力,如內(nèi)壁不能同時(shí)淬火形成馬氏體,擴(kuò)大內(nèi)孔尺寸或只部分形成馬氏體同時(shí)出現(xiàn)貝氏體和淬火屈氏體,使內(nèi)壁體積的膨脹不能抵消或適度減小外壁所施加的張應(yīng)力,則內(nèi)壁必然會(huì)被外壁淬火組織形成的組織張應(yīng)力所撕裂,內(nèi)壁淬入淬火液慢于外壁或內(nèi)壁淬火烈度次于外壁都可使管件內(nèi)壁被縱向撕裂,從而形成裂紋。反之亦然。
因此,管件淬火必須遵循內(nèi)外壁同時(shí)淬入淬火液,而且淬火烈度要求相等或相近,以便內(nèi)外壁同時(shí)形成淬火馬氏體組織,而不是在內(nèi)壁出現(xiàn)非馬氏體組織,此規(guī)則應(yīng)列入熱處理操作工的操作規(guī)程中。如果內(nèi)孔直徑太小或是盲孔,建議工件在調(diào)質(zhì)后再加工內(nèi)孔。