采用CrWMn鋼制造的凸輪早期脆斷的原因分析
采用CrWMn鋼制造的凸輪。毛坯經球化退火后機械加工,最終熱處理工藝為880℃加熱,油冷淬火,200℃回火。工件在服役初期斷裂。檢查金相組織:低倍放大下,可看到異常的黑色網絡組織,網絡邊緣清晰,呈封閉狀,見上圖(CrWMn鋼凸輪的淬火回火組織,100×),將其黑色網絡組織放大后(見圖1)。
圖1 CrWMn鋼凸輪的高倍組織,500×可以清楚地觀察到黑色網絡是由黑色組織堆集而成的,黑色組織的中心有白色顆粒狀二次碳化物,呈點網狀分布;灰白色地區為針狀馬氏體,還有一些下貝氏體針分布在黑色網絡附近。
根據上述觀察,可以作出下面推斷:工件球化前沒有正火,球化后的組織中有比較嚴重的封閉的二次碳化物網,在淬火加熱時,肥厚的碳化物網比較難于溶解,因此,碳化物兩側的奧氏體中貧碳、貧合金元素,在淬火冷卻時,該地區首先形成以板條馬氏體為主的隱針馬氏體,并立即被自回火,制樣侵蝕時該地區顯黑色。除隱針板條馬氏體外,碳及合金元素貧乏地區還形成了一定數量的下貝氏體。www.syfukang.com這些組織在低倍下只能觀察到邊緣不清的黑色網絡,從鑲嵌在其中的白色剩余碳化物網在低倍下不能分辨。從高倍組織中還可以看到,晶粒中心碳化物分布比較均勻,組織略呈過熱的細針馬氏體+殘余奧氏體+少量剩余碳化物。
從以上組織分析可以得出以下結論:工件毛坯停鍛溫度太高,鍛后冷卻太慢,鍛坯晶粒粗大,二次碳化物沿晶界分布,晶粒度為2級,球化退火前未進行正火以消除碳化物網,致使最終熱處理后仍殘留斷續點網狀碳化物。由于碳及合金元素分布不均勻,因此,在碳及合金元素貧乏的網絡四周,形成被自回火的隱針板條馬氏體和少量下貝氏體(侵蝕后呈黑色),被黑網所包圍的地區性區就是停鍛時的奧氏體晶粒。脆性碳化物網以及由它引起的組織不均勻所產生的附加組織應力,是凸輪早期脆斷的主要原因。
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