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美国牌号440C不锈钢环锻件废品案例解析
发布时间:2019-06-10 04:08:42来源:贵州航宇科技股份有限公司浏览:283次

 440C为美国牌号,近似于中国的9Cr18Mo,是一种高碳高铬的马氏体不锈钢,其碳含量(质量分数)达到1%左右。该钢适用于制造在腐蚀环境和无润滑强氧化气氛中工作的轴承、轴套,燃油附件中的活门衬套和其他既耐磨又耐蚀的零件。由于其高碳高铬的特性,热处理后碳化物数量多,耐磨性好,耐蚀性好。在大气、水、海水中以及某些酸类和盐类的水溶液中有优良的耐蚀性。该钢由于含碳量高,生产时易出现脱碳、淬裂和残留奥氏体等问题,是较难进行热处理的钢种。

 
440C高碳高铬马氏体不锈钢锻件是公司承接的某公司用轴承应力环锻件。两批次锻件的理化试样在长时间退火后进行淬火,在淬火冷却过程中和深冷处理过程中均出现了开裂现象。为找出断裂失效原因,对淬裂样件进行了分析检测。
 
1.试验材料及过程
试验件经锻造成形,热处理的工艺制度为退火、淬火、深冷处理、回火。
 
退火: 857℃±14℃保温6h后以20℃/h随炉冷至593℃后出炉冷,退火硬度在255HBW以下。
 
淬火:在800℃预热30min,升温至1000℃第二段预热30min,升温至1052℃±10℃保温50min油冷至室温。
 
深冷处理:-73℃±11℃冰冷处理后空冷至室温。
 
回火处理:(232±8)℃×1.5h空冷。
 
2.试验结果及分析
(1)显微组织检查或宏观形貌分析 
淬裂样件的宏观及微观形貌如图1所示,图1a为宏观裂纹图片,图1b为样件表面脱碳层深度图片,图1c为裂纹处脱碳层微观图片。
 
图  1
 
由图1a可见,裂纹沿纵向进行延伸扩展,主裂纹周围没有出现分枝微裂纹,为一次裂纹,裂纹起源位置在样件表面处。由图1b微观裂纹的金相图片可以看出,表面处存在很深的脱碳层。由图1c可看出,裂纹两侧没有出现脱碳层,说明裂纹是在热处理冷却过程中形成的裂纹。
 
由图2可见,组织为隐针状马氏体+残留奥氏体+粒状碳化物+块状共晶碳化物。由于440C淬火后组织中存在大量的残留奥氏体,这些残留奥氏体如果在回火时未转变完全,使用中就会缓慢分解,转变成马氏体,使工件尺寸膨胀,同时,这些马氏体析出碳化物会出现收缩,使工件尺寸反复变化,这对精密设备和锻件是很严重的问题,因此淬火后一定要进行冰冷处理,使残留奥氏体充分转化,对于精度要求高的还应在第一次回火后再次进行深冷处理。由于深冷处理使残留奥氏体进一步向马氏体转变,造成组织转变应力进一步增大形成的拉应力,从而使样件在深冷处理后出现裂纹。这是造成440C材料淬火开裂的另一原因。
 
 

图2  隐针马氏体+残留奥氏体+粒状碳化物+块状共晶碳化物

(2)化学成分分析

从淬裂样件上取样进行,采用湿法测量对其进行化学成分分析,结果如表1所示。由表1可看出,化学成分符合AMS5630L标准要求。

表1 440C不锈钢的化学成分(质量分数) (%)

元素

C

Si

Mn

Cr

S

P

Ni

Mo

检测结果

1.03

0.41

0.40

16.47

0.006

0.026

0.31

0.45

标准要求

0.951.20

1.0

1.0

16.018.0

0.03

0.04

0.75

0.40.65

(3)力学性能分析

维氏硬度检测结果如表2所示。测试方法按ASTM E384-11五个数值的平均数,并根据ASTME140-12b转换成洛氏硬度,由裂纹处硬度检测结果可知符合技术要求。

表2  硬度检测结果

项目

HV1000

HRC

裂纹处硬度

709

61

技术要求

55

3.JIEGUOTAOLUNHEFENXI

CHANSHENGLIEWENDEYUANYINSHIYOUYUBIAOMIANDETUOTANCENG,ZAICUIHUOLENGQUEGUOCHENGZHONGSHOUXIANCHANSHENGZUZHIZHUANBIAN,YINBIAOMIANTUOTANCENGDEMsDIANJIAOWEITUOTANCENGDEMsDIANGAO,YINCIZAICUIHUOGUOCHENGZHONGSHOUXIANFASHENGMASHITIZUZHIZHUANBIAN。ERCUIHUOMASHITISHICUIXINGZUZHI,TEXINGSHIYINGERCUI,ZHEIZHONGZUZHISUITANHANLIANGDEZENGJIACUIXINGZENGDA,XIANGDANGYUZAIBIAOMIANXINGCHENGYICENGYINGQIAO。DANGXINBUKAISHILENGQUEDAOMsDIANYIXIACHANSHENGMASHITIZUZHIZHUANBIANSHI,YOUYUZUZHIDEZHUANBIANERYINQIDETIJIZENGDA,SHIBIAOCENGZUZHICHANSHENGLAYINGLI,ZUIZHONGZAOCHENGBIAOMIANCHUXIANHONGGUANLIEWEN。CHANSHENGBIAOMIANTUOTANSHIYOUYUDUANHOUKONGLENGJISUIHOUJINXINGDETUIHUO。TUIHUOZHIDUWEI:857℃BAOWEN6~6.5hHOUYI20℃/hLULENGZHI593℃CHULUKONGLENG,YOUYURECHULISHIJIANJIAOZHANGDADAO24hZUOYOU,ZAOCHENGDUANJIANBIAOMIANCHUXIANDETUOTANCENGDADAO1~2mm。ERSHIYANGSHIYOUDUANJIANJIEPOUYIJIANJINXINGQUYANGDE,DUANJIANTUOTANCENGMEIYOUQUCHUHUOQUCHUBUCHEDIZAOCHENGSHIYANGZAICUIHUIHUOJISHENLENGCHULIGUOCHENGZHONGKAILIE。YINCI,ZAIDUANJIANTUIHUOHOUZENGJIAYICICUJIAGONGYIQUCHUTUOTANCENG,DUANJIANJISHIYANGZAIQUCHUTUOTANCENGHOUZAIJINGRECHULICUIHUO、LENGCHULI,JUNWEICHUGUOKAILIEXIANXIANG。

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4.JIELUNJIJIANYI

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