大型H13外套經淬火+兩次回火，熱裝后脆性開裂

　　某公司最近有一件原料為H13(4Cr5MoSiV1)，外徑為1460mm、內徑為700mm的外筒，在熱裝完成后機加工過程中發生多處開裂，裂紋主要沿縱向開裂，也有沿周向散布的次裂紋，其開裂描摹如圖1所示。

　　該外筒的工藝過程為：鑄造→鑄造→調質→淬火→兩次回火→熱裝→機加工，其中淬火溫度：1050℃;回火溫度：第一次580℃，第二次600℃。熱裝溫度要求300℃，實踐溫度為近500℃。表里筒的配合過盈量契合規范要求。

　　為剖析外筒開裂的原因，現查驗剖析如下：

　　1.化學成分剖析

　　采用ARC-MET8000便攜式全譜直讀光譜儀，對開裂外筒試樣進行化學成分剖析，成果如表1所示，可見該外筒的化學成分契合規范要求。

　　表1 外筒的化學成分（質量分數）       （%）

　　2.硬度查驗

　　經過對實體硬度檢測，其均勻硬度為55~56HRC。經調查，該件淬火、回火后加工前的硬度為50～52HRC，而技術要求為48~52HRC。工件實踐硬度比圖樣要求的硬度略高。

　　3.性能實驗

　　為進一步驗證性能目標，在開裂的工件上切取試樣，其實驗成果如表2所示。

　　表2  力學性能結果

從實驗成果表明，強度目標過高，而塑、韌性目標過低。

　　4.斷口剖析

　　開裂外筒的斷口微觀特征為斷面較為平整、潤滑，無顯著的塑性變形痕跡，屬于脆性斷裂。同時在斷口上發現下列現象，斷面上散布著比較潤滑的小亮點，有金屬光澤，呈銀灰色，這是典型的萘狀斷口，如圖5所示。

　　依據相關資料，發生萘狀斷口的主要原因：

　　(1)在鑄造工藝過程中終端溫度過高，或鍛件過熱且變形量較小易發生萘狀斷口。

　　(2)因為熱處理工藝中接連兩次淬火，中心未經退火也簡單發生萘狀斷口。呈現這種斷口，資料的力學性能差，并且沖擊韌度也顯著降低。

　　5.安排查驗

　　在開裂的工件上取樣，經過酸蝕，對安排查驗剖析，其安排為板條狀馬氏體+殘留奧氏體+顆粒狀碳化物。其中板條馬氏體存在色澤上的差異，有深灰色的板條馬氏體和淺白色的馬氏體，淺白色馬氏體是因為殘留奧氏體轉變形成的，疑為未回火馬氏體或其他非馬氏體安排，導致這一現象的原因是殘留奧氏體量過多，回火不充分?？傊鍡l馬氏體比較粗大(見圖6)，根據JB/T8420—1996《熱作模具鋼顯微安排評級》鑒定，馬氏體針規范級別為≥5級。

　　6.綜合剖析

　　綜上所述，外筒的化學成分各元素含量均滿足規范要求;工件的強度過高，而塑、韌性過低，硬度較高;在顯微安排查驗中發現了粗大的板條馬氏體和非回火馬氏體;斷口微觀描摹顯現該外筒開裂具有脆性開裂特征。因此，該H13外筒開裂的原因可以歸納為以下幾點：

　　(1)鑄造缺點。因為萘狀斷口的發生，這是因為在鑄造中終鍛溫度過高形成的過熱現象，導致馬氏體粗大的原因之一。呈現這種斷口，資料的力學性能差，并且沖擊韌度也顯著降低。

　　(2)回火不足。因為外筒回火兩次，安排中存在較多的殘留奧氏體，在不斷地轉變成馬氏體，所以一次、二次回火很難較大幅度地消除淬火后資料內部剩余應力。

　　(3)假如加熱溫度過高，或保溫時間過長，也是形成粗大板條狀馬氏體的原因，使硬度增高，脆性增大，因此存在較大的內應力。

　　7.預防措施

　　(1)改進鑄造工藝，避免鑄造缺點的發生。

　　(2)加強熱處理工藝的執行，充分回火，細化晶粒，減少內應力。

　　此次事端使公司受到了嚴重的損失，但是可以經過此次教訓找到問題的原因所在，進而發現此類大型高溫零件的工藝漏洞，后續將逐漸改善工藝上的不足，不斷提高自己。