9Cr2Mo輥套開裂失效分析有哪些原因?
1.輥套的技術要求
9Cr2Mo輥套外形尺寸如圖1所示,熱處理工藝過程:電爐煉鋼→鍛后球化退火→粗加工后調(diào)質(zhì)→工頻淬火,調(diào)質(zhì)硬度為241~286HBW,淬火硬度為53~56HRC,淬硬層深度≥10mm。輥套開裂處如圖2所示,裂紋為縱向延伸,擴展深度很大。
2.理化檢驗
(1)化學成分分析
對材質(zhì)進行成分分析,結(jié)果見附表,實測值中Si稍低于標準值,裂紋試樣中的Cr稍低于標準值、C稍高于標準值,其他基本符合9Cr2Mo化學成分要求。
表1 試樣主要成分分析結(jié)果(質(zhì)量分數(shù))(%)
元素 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Mo |
標準值 | 0.85~0.95 | 0.25~0.45 | 0.20~0.35 | ≤0.025 | ≤0.025 | 1.70~2.10 | 0.20~0.40 |
裂紋試樣實測值 | 0.98 | 0.20 | 0.26 | 0.025 | 0.016 | 1.56 | 0.25 |
(2)斷口分析
斷口試樣如圖3所示,斷面平坦,沒有塑性變化顆粒,為脆性開裂。在HITCHI S-3400型掃描電鏡上對開裂面進行微觀形貌分析和能譜分析。微觀形貌如圖4a所示,斷面有一條沿灰色覆蓋物走向的裂紋,由圖4b、4c可看到斷口表面有大量灰色覆蓋物,對此覆蓋物進行能譜分析,結(jié)果如圖5所示,斷裂面覆蓋物主要組成元素為O、Fe、C,另外含有Cr、Mo、Si等。
(3)顯微組織分析
從開裂處橫向截取一個試樣,制備成金相試樣,在400倍顯微鏡下觀察結(jié)果如圖6所示,由表面組織圖可以看出,該組織為細針狀淬火馬氏體與網(wǎng)狀、粒狀碳化物。由基體組織圖7可以看出,該組織為回火索氏體與粒狀、網(wǎng)狀碳化物。
(4)硬度測試
使用顯微硬度計對試樣進行顯微硬度測試,測試結(jié)果表面硬度為55~57HRC,心部硬度為44HRC,淬硬層為18mm。硬度達到技術要求,淬硬層偏深。
3.分析與討論
斷口含有大量鐵的氧化物等,非金屬夾雜嚴重,破壞了集體的整體性和連續(xù)性,斷口表面與心部組織中存在大量的粒狀、網(wǎng)狀碳化物,增加了金屬材料的脆性,降低斷裂韌性,淬火過程中加熱時間長,加熱溫度高,淬硬層偏深,形成馬氏體組織應力大,在輥套工作受力時, 在非金屬夾雜處產(chǎn)生裂紋,裂紋沿晶界快速擴展,導致輥套開裂。
4.結(jié)語
9Cr2Mo輥套開裂可以通過嚴格控制鋼水的成分和雜質(zhì)元素的含量,提高鋼水的純凈度。球化退火充分,消除網(wǎng)狀碳化物。表面淬火時,減少上下循環(huán)次數(shù),減少加熱時間,控制淬硬層辦法加以解決。
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