40MnBH钢轴头开裂原因.pdf
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1、专题报道2023年第59 卷卷6 1PTCA(PARTA:PHYS.TEST.)理化检验-物理分册D0I:10.11973/lhjy-wl20230600240MnBH钢轴头开裂原因高彬科,张弛,吴飞虎,梁会雷,李平平(中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司,常州2 1 3 0 1 1)摘要:在对某经过调质处理的40 MnBH钢轴头进行机械加工时,发现该轴头内孔表面存在轴向和环向裂纹,采用宏观观察、磁粉检验、金相检验、扫描电镜分析等方法研究了裂纹产生的原因。结果表明:该裂纹为火裂纹,裂纹的产生原因是冲孔异常使内孔表面形成环向折叠,并产生了局部应力集中。对冲孔模具及锻造工艺进行改进,可以避免该类问
2、题再次发生。关键词:40 MnBH钢;轴头;折叠;淬火裂纹中图分类号:TG156.34;T G 1 1 5.2文献标志码:A文章编号:1 0 0 1-40 1 2(2 0 2 3)0 6-0 0 0 7-0 3Cracking reason of 40MnBH steel shaft headGAO Binke,ZHANG Chi,WU Feihu,LIANG Huilei,LI Pingping(CRRC Qishuyan Institute Co.,Ltd.,Changzhou 213011,China)Abstract:Axial and circumferential cracks w
3、ere found on the surface of the inner hole of a quenched andtempered 4OMnBH steel shaft head during machining.The cause of the crack was analyzed by macroscopicobservation,magnetic particle inspection,metallographic examination and scanning electron microscope analysis.The results show that the crac
4、k was a quenching crack,and the cause of the crack was the local stress concentrationcaused by the annular folding of the inner hole surface caused by the abnormal punching.The improvement ofpunching die and forging process could avoid the recurrence of such problems.Keywords:40MnBH steel;shaft head
5、;folding;quenching crack40MnBH钢是一种高淬透性的低合金结构钢,将微量硼元素加人钢中可以显著提高钢的淬透性,该钢经调质处理后具有良好的综合力学性能 1-3 ,被广泛应用于对强度、韧性要求较高的轴类零件中。某厂生产的轴头加工流程为:下料感应加热模锻冲孔调质处理机械加工,对该钢进行加工过程中,发现某批次轴头内孔存在批量开裂现象,笔者采用一系列理化检验方法分析了轴头开裂的原因,以避免该类问题再次发生。1理化检验1.1宏观观察轴头宏观形貌如图1 所示,为了便于观察,将轴头锯为上半段大头端和下半段小头端,下半段小头收稿日期:2 0 2 3-0 3-2 2作者简介:高彬科(1
6、9 8 4一),男,学士,高级工程师,主要从事供应链管理工作,gaobinke.qscrrcgc.cc端内孔表面存在明显的环向折叠缺陷(图1 中箭头所指)。a)外表面b)内孔图1轴头宏观形貌轴头结构如图2 所示,由图2 可知:轴头内孔表面自上而下共存在4处应力集中区,分别编号为1#4#,其中1#3#区域位于上半段,且均为大圆弧过渡区,应力集中程度较弱;4#区域则位于下半段,即图1 中环向折叠缺陷处,该处应力集中程度较明显。8高彬科:OMnBH钢轴头开裂原因理化检验-物理分册#2#图2轴头结构示意将轴头下半段裂纹部分切开,宏观形貌如图3所示,轴向裂纹和环向裂纹整体呈T形分布(见图4),且两处裂纹
7、均呈应力开裂特征。环向裂纹处为首先开裂部位,轴向裂纹为次生裂纹。1.2磁粉检测图5为轴头内孔磁粉检测结果,上半段裂纹轴向长度约为3 0 mm,下半段则一直延伸至环向折叠处。轴向环向图3开裂处宏观形貌裂纹源位置后形成的裂纹先形成的裂纹图4T形裂纹示意轴向环向a)上半段b)下半段c)孔表面图5轴头内孔磁粉检测结果由图5可知:除轴向裂纹外,约1/3 圈折叠根部存在环向磁痕。1.3金相检验沿图3 中虚线切割取样,将试样置于光学显微镜下观察,结果如图6 所示。由图6 可知:环向裂纹由两部分组成,其中折叠部分(4#位置)腔内填充有氧化物,两侧有高温氧化特征,组织为铁素体,为典型的锻造折叠,另一部分则以折叠
8、根部为源发生径向扩展,两侧组织为回火索氏体,未见氧化、脱碳等热处理缺陷,整体表现为淬火开裂1.4扫描电镜(SEM)分析将开裂处试样置于扫描电镜下观察,结果如图7 所示,由图7 可知:折叠部分表面被厚厚的氧化皮覆盖,局部氧化皮剥落处呈圆滑形态。环向裂纹面虽被较薄的氧化皮覆盖,但沿晶开裂形貌清晰可见,为典型的火裂纹特征,打开裂纹面,组织呈韧窝形貌。2综合分析2.1裂纹性质环向裂纹和轴向裂纹均为淬火裂纹,环向裂纹和轴向裂纹皆沿晶界扩展,尾部尖细且两侧无高温氧化和脱碳现象,符合淬火裂纹特征 4-7 反之,折叠处抛光态表面可见高温氧化质点,腐蚀后表面存在明显脱碳,且组织流线与变形方向一致。2.2折叠产生
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