某公司新進(jìn)一批GCr15鋼制零件，進(jìn)廠檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)裂紋。隨后對本批零件進(jìn)行磁粉探傷，發(fā)現(xiàn)該批零件全部出現(xiàn)裂紋。

1.研究內(nèi)容及方法

（1）化學(xué)成分分析 對零件表面和內(nèi)部使用OBLF直讀光譜儀進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果如表1所示。

表1 鋼制零件化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）                  （%）

從零件內(nèi)部的化學(xué)成分可以看出，零件化學(xué)成分符合GB/T18254中GCr15要求，從表面與內(nèi)部的化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)對比可以看出，零件表面存在脫碳現(xiàn)象。

（2）金相組織觀察 對零件進(jìn)行非金屬夾雜物檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果見表2，所含非金屬夾雜物均符合GB/T18254要求。

表2 非金屬夾雜物檢驗(yàn)結(jié)果

 對零件表面進(jìn)行金相制樣（未腐蝕），使用LEICA DM4000M顯微鏡觀察零件表面，裂紋呈現(xiàn)網(wǎng)狀。

為了更清楚地顯示裂紋形貌，對零件切割進(jìn)行了橫截面顯微觀察，金相制樣未腐蝕后觀察發(fā)現(xiàn)了許多由表面向內(nèi)擴(kuò)展延伸的裂紋，是一條從表面向內(nèi)延伸的裂紋，裂紋長度約為200μm。裂紋附近未見非金屬夾雜物，圖4顯示裂紋呈現(xiàn)出曲折、間斷的相似形貌，而且裂紋體的有些部位出現(xiàn)了分叉現(xiàn)象。說明淬火時(shí)較大的內(nèi)應(yīng)力(包括組織應(yīng)力和熱應(yīng)力)使得材料表面多處發(fā)生了開裂。

對橫截面金相樣品腐蝕后，零件為正常部位與裂紋處組織均為正常的GCr15淬回火組織：回火隱針馬氏體+碳化物+殘留奧氏體，未見過熱及過燒的粗大晶粒級粗大的網(wǎng)狀碳化物。裂紋兩側(cè)未見明顯脫碳，說明裂紋形成與淬火加熱后。

2.表面網(wǎng)狀裂紋產(chǎn)生的原因分析

零件均為GCr15高碳合金鋼制造的壁薄壁零件,熱油淬火時(shí)極易淬透。因馬氏體與奧氏體如表3所示其比容存在差異以及奧氏體、馬氏體與碳化物熱膨脹系數(shù)的巨大差異，零件淬火時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的組織應(yīng)力和熱應(yīng)力。

表3 鋼中各種相的比容

零件在淬火過程中表層先冷，中心后冷，存在表心溫差，在冷卻初期表層下降比心部快，表層較大收縮收心部的牽制，表層產(chǎn)生拉應(yīng)力。由于心部的馬氏體相變落后于表面,且馬氏體比容大于奧氏體，因此零件表面的存在組織壓應(yīng)力,但是由于表面存在脫碳，淬火過程中降低了心部奧氏體與表面馬氏體的比容差，降低了表面本來應(yīng)該有的壓應(yīng)力。表面脫碳層造成淬火后內(nèi)層馬氏體含碳量高于表面馬氏體含碳量，由表3可以得出內(nèi)部的馬氏體的比容大于表面馬氏體比容，這樣表面形成的馬氏體與內(nèi)部的馬氏體體積差大，使表面造成很大的拉應(yīng)力，當(dāng)上述總應(yīng)力超過零件本身強(qiáng)度即導(dǎo)致零件開裂，形成表層的張開型淬火裂紋。

3.結(jié)語

（1）該批GCr15鋼制零件出現(xiàn)表面網(wǎng)狀裂紋，應(yīng)當(dāng)報(bào)廢處理。

（2）零件裂紋形成與淬火后，由淬火后應(yīng)力造成。

（3）GCr15鋼制零件熱處理過程中，應(yīng)當(dāng)防止表面脫碳。 

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