材料5Cr9Si3電鐓氣門裂紋檢驗(yàn)與分析

翟健紅

摘要：客戶在生產(chǎn)投材料5Cr9Si3盤條電鐓時(shí)產(chǎn)生廢料，廢料的缺陷主要表現(xiàn)在電鐓球形時(shí)產(chǎn)生開裂。結(jié)果經(jīng)切割、解剖、鑲嵌、磨制、拋光、腐蝕后用ZEISS光學(xué)顯微鏡50X＼100X＼200X＼500X＼1000X不同倍率下發(fā)現(xiàn)材料5Cr9Si3中存在縮孔殘余缺陷。

關(guān)鍵詞：材料5Cr9Si3;電鐓球形開裂;ZEISS光學(xué)顯微鏡;苦味酸酒精溶液;縮孔殘余;GB＼T13298-2015

0 ?引言

江蘇A公司是主要生產(chǎn)內(nèi)燃機(jī)氣閥鋼棒、軸承鋼、不銹耐熱鋼、內(nèi)燃機(jī)氣門、不銹鋼焊絲、高溫合金等材料的大型企業(yè)。任何材料在生產(chǎn)、加工、使用過程中由于各種原因都有可能會(huì)產(chǎn)生各種缺陷、失效等等。只有對(duì)各種缺陷、失效材料進(jìn)行有效解剖、分析后，找出造成原因，提出改進(jìn)措施防止同類現(xiàn)象的重復(fù)出現(xiàn)。同時(shí)也為提高產(chǎn)品質(zhì)量、技術(shù)開發(fā)、技術(shù)改進(jìn)、技術(shù)進(jìn)步提供可靠的科學(xué)依據(jù)。

本文結(jié)合A公司材料實(shí)際情況，對(duì)缺陷材料進(jìn)行解剖、分析原因后，為今后產(chǎn)品質(zhì)量不斷提升提供有力科學(xué)的保障，從而大大提高產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量和企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)于開拓市場(chǎng)和提高用戶滿意度都十分重要的。

1 ?概述

據(jù)質(zhì)量部現(xiàn)場(chǎng)資料反饋：來樣材料為5Cr9Si3盤條，規(guī)格？準(zhǔn)6.8mm;爐號(hào)為62888;客戶于前期投入料1000支，在磨制成？準(zhǔn)6.5mm時(shí)產(chǎn)生廢料178支（缺陷情況未知）;后期投入同爐數(shù)量2000支，在電鐓生產(chǎn)至800支時(shí)產(chǎn)生廢料125支，廢料的缺陷主要表現(xiàn)在電鐓球形時(shí)產(chǎn)生開裂;根據(jù)生產(chǎn)當(dāng)班者敘述，材料塑性很差，很難成型。材料5Cr9Si3盤條化學(xué)成分實(shí)測(cè)結(jié)果見表1。

2 ?電鐓開裂宏觀分析

圖1為電鐓開裂件的實(shí)物照，從照片看出電鐓開裂基本有一定規(guī)律性，裂紋均從電鐓球最大的直徑處起始，然后裂紋沿著與主應(yīng)力（壓縮應(yīng)力）成45度的切變應(yīng)力方向延伸，裂紋總的長(zhǎng)度均在25mm左右。電鐓球表面裂紋的形態(tài)，主要取決于開裂時(shí)材料內(nèi)部缺陷的形態(tài)、大小、范圍，及缺陷接近表面的距離等因素有關(guān)。缺陷越大且越接近表面，其裂紋張開時(shí)釋放的應(yīng)力越大，裂紋翹曲變形的程度也就越大。

3 ?裂源剖面低倍缺陷分析

切取圖1其中一電鐓球的剖面，發(fā)現(xiàn)材料中存在大范圍的被擠壓變形的殘余縮松缺陷（見圖2），縮松區(qū)域范圍大約？準(zhǔn)15mm，離表面最近的縮松距離約2-3mm，因此縮松缺陷對(duì)裂紋形成有很大影響。

4 ?裂源剖面金相缺陷分析

圖3-圖5是裂紋剖面低倍到高倍的典型縮松缺陷照片，縮松之間有裂紋連接，縮松周圍有大量畸變的疏松缺陷。圖6-圖8是畸變的縮孔邊緣及離縮孔一定距離的疏松缺陷。

圖9-圖10是裂紋沿著奧氏體及馬氏體偏析擴(kuò)展。圖11、圖12是表面及開裂表面高碳馬氏體+殘余奧氏體組織（表面層的高碳馬氏體+殘余奧氏體是原材料在感應(yīng)加熱后與電鐓冷鋼板接觸所形成的表面淬火組織）。

5 ?結(jié)語

以上分析結(jié)果表明，原材料5Cr9Si3中存在縮孔殘余缺陷。

6 ?總結(jié)分析

分析計(jì)算電鐓球直徑的壓縮比是3.3，計(jì)算電鐓球最大截面積比是11。因此原材料中原始存在的縮孔殘余大小應(yīng)為2mm左右。由于電鐓時(shí)壓縮比和面積比較大，造成原始一定長(zhǎng)度范圍內(nèi)的縮孔殘余疊加在電鐓球內(nèi);并且隨著金屬的流變，縮孔殘余也逐漸被擠壓推向表面;當(dāng)近表面的縮孔殘余即將露出表面時(shí)，電鐓球這時(shí)所受的應(yīng)力狀態(tài)為軸向壓應(yīng)力，徑向拉應(yīng)力，環(huán)向拉應(yīng)力;由于縮孔殘余的應(yīng)力集中效應(yīng)和電鐓表面（冷鐵接觸的表面）淬火效應(yīng)，因此在環(huán)向拉應(yīng)力各徑向拉應(yīng)力作用下，造成原材料5Cr9Si3在電鐓時(shí)的開裂。

參考文獻(xiàn)：

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[3]張世文，夏彩霞，吳軍偉.21-4N材料氣門電鐓裂紋控制[J].金屬加工（熱加工），2018（04）：71-72.