GCr15钢摆线轮断裂分析

　　0　简介

　　某机器摆线轮,如图1所示,外径420~220mm,厚度15~25 mm,材料GCr15.在准备磨削加工前的搬运过程中或在磨削加工过程中出现裂纹,甚至断裂,断裂部位如图2所示。生产工序为:下料→锻造→球化退火→车削加工→820~840℃油淬15min(盐浴炉加热)→200~215℃回火→磨削加工。将回火改为两次后,依然出现裂纹及断裂。

　　1　理化检验、结果及分析

　　1.1　宏观断口

　　通过宏观断口观察发现,失效断口多数断面比较平齐,无剪切唇,断口较光亮,对着光线转动,可见闪光的小刻面,属于脆性断裂[1]。

         1.2　化学成分

         对摆线轮材料的化学成分进行了检验,结果如表1。可见,其化学成分既符合YB (T)-80的要求[2],也满足原材料的订货要求。

1.3　非金属夹杂及碳化物

　　从摆线轮断口附近取样,按照YB9-1968《轴承钢技术条件》进行非金属夹杂和碳化物级别检测。结果见表2。

　　由检测结果可以看出,摆线轮材料中点状不变形夹杂物和网状碳化物均不合格,分别如图3和图4所示。其他夹杂和碳化物级别均符合标准的要求。夹杂物本身在钢中就相当于裂纹,破坏基体的连续性,造成应力集中,促进疲劳裂纹的产生,并在一定条件下加速裂纹的扩展,恶化构件使用性能,使脆性增大[3]。

　　1.4　金相组织

　　在摆线轮断口处取样,经4%硝酸酒精侵蚀,利用日产OLYMPUS金相显微镜进行金相组织观察,其组织为:细小隐晶马氏体+网状碳化物+粒状碳化物+少量残留奥氏体。如图5所示。

　　GCr15钢正常的淬火低温回火组织应该是细小的回火马氏体(包括暗黑色隐晶马氏体和较白些的结晶马氏体)+均匀分布的细小粒状碳化物+少量残余奥氏体[4]。现在,金相检验结果表明有网状碳化物。通过材质检验发现,原材料中的碳化物主要为网状碳化物,且网状碳化物为4级,属于不合格组织。网状碳化物的出现有两种可能,一是淬火加热温度过高,冷却速度又过慢,导致碳化物网状析出;另一种可能是球化退火不充分,GCr15是过共析钢,原始组织中有网状碳化物,如果球化不充分,则会遗留到淬火回火后的组织中,使钢在晶界上具有一层脆硬的外壳,急剧地降低钢的强度和韧性,增大材料的脆性[5, 6]。从金相组织来分析,不应该是前者。因为如果淬火加热温度过高,所获得的马氏体应该是针状马氏体;如果冷却速度太慢,则应该不是隐晶马氏体而是贝氏体;而淬火加热温度过低,则应该是回火托氏体。根据金相检验结果,淬火回火后的组织为细小的隐晶马氏体。由此分析,网状碳化物很可能是球化不充分所致,或者说原材料中网状碳化物太严重,仅通过球化退火并不能完全消除。