圖 1 蓄能器殼體宏觀形貌
分享：35CrMo鋼蓄能器開(kāi)裂原因
蓄能器材料為35CrMo鋼,該鋼的顯微組織為回火索氏體＋鐵素體。35CrMo鋼的強(qiáng)度高、塑性及韌性好,具有良好的綜合力學(xué)性能。35CrMo鋼常用于制造汽車(chē)、拖拉機(jī)、機(jī)床及其他要求具有良好綜合力學(xué)性能的各種重要零部件,如柴油機(jī)連桿螺栓、汽車(chē)底盤(pán)上的半軸以及機(jī)床主軸等[1]。
某廠使用35CrMo鋼管生產(chǎn)蓄能器,該蓄能器的加工工藝流程為：下料→熱軋→退火→調(diào)質(zhì)處理,調(diào)質(zhì)處理工藝為淬火＋高溫回火處理。該蓄能器在使用1 a后發(fā)生泄漏事故,靜水壓試驗(yàn)后,發(fā)現(xiàn)蓄能器殼體管壁存在裂紋。筆者采用一系列理化檢驗(yàn)方法對(duì)其開(kāi)裂原因進(jìn)行分析,以防止該類事故再次發(fā)生。
1. 理化檢驗(yàn)
1.1 宏觀觀察
蓄能器殼體宏觀形貌如圖1所示。由圖1可知：目視無(wú)法識(shí)別外壁裂紋,內(nèi)壁裂紋清晰可見(jiàn)。
在開(kāi)裂位置制備1～4號(hào)試樣,在內(nèi)壁未經(jīng)打磨的區(qū)域制備5號(hào)試樣,對(duì)6號(hào)試樣進(jìn)行化學(xué)成分分析和力學(xué)性能測(cè)試(見(jiàn)圖2)[2]。
圖 2 取樣位置
內(nèi)壁先開(kāi)裂的區(qū)域斷口呈黑色且顏色黯淡,后續(xù)開(kāi)裂的區(qū)域顏色呈灰色,呈現(xiàn)平直特征,3號(hào)試樣斷口宏觀形貌如圖3所示。
圖 3 3號(hào)試樣斷口宏觀形貌
1.2 化學(xué)成分分析
對(duì)6號(hào)試樣進(jìn)行化學(xué)成分分析,結(jié)果如表1所示。由表1可知：蓄能器殼體的化學(xué)成分符合GB/T 3077—2015 《合金結(jié)構(gòu)鋼》對(duì)35CrMo鋼的技術(shù)要求。
Table 1. 6號(hào)試樣化學(xué)成分分析結(jié)果
| 項(xiàng)目 | 質(zhì)量分?jǐn)?shù) | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| C | Si | S | Mn | P | Mo | Cr | |
| 實(shí)測(cè)值 | 0.370 | 0.260 | 0.010 | 0.509 | 0.010 | 0.201 | 1.09 |
| 標(biāo)準(zhǔn)值 | 0.32～0.40 | 0.17～0.37 | ≤0.030 | 0.40～0.70 | ≤0.030 | 0.15～0.25 | 0.80～1.10 |
1.3 掃描電鏡分析
將3號(hào)試樣置于掃描電鏡(SEM)下觀察,結(jié)果如圖4所示。
圖 4 3號(hào)試樣裂紋源區(qū)和擴(kuò)展區(qū)SEM形貌
1.4 力學(xué)性能測(cè)試
對(duì)6號(hào)試樣進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試,結(jié)果如表2所示。由表2可知： 蓄能器殼體的力學(xué)性能符合標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3077—2015對(duì)35CrMo無(wú)縫鋼管的技術(shù)要求[3－4]。
Table 2. 6號(hào)試樣的力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果
| 項(xiàng)目 | 抗拉強(qiáng)度/MPa | 屈服強(qiáng)度/MPa | 斷后伸長(zhǎng)率/% | 斷面收縮率/% | 沖擊吸收能量/J | 硬度/HBW |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 實(shí)測(cè)值 | 1 100 | 900 | 13 | 55 | 66 | 200 |
| 標(biāo)準(zhǔn)值 | ≥980 | ≥835 | ≥12 | ≥45 | ≥63 | ≤229 |
1.5 金相檢驗(yàn)
將2號(hào)試樣置于光學(xué)顯微鏡下觀察,結(jié)果如圖5所示。由圖5可知：裂紋呈豎直方向,且與內(nèi)壁垂直,裂紋兩側(cè)組織與基體組織一致,無(wú)氧化脫碳現(xiàn)象。
圖 5 2號(hào)試樣裂紋微觀形貌
將4號(hào)試樣置于光學(xué)顯微鏡下觀察,結(jié)果如圖6所示。由圖6可知：斷裂面存在裂紋。
圖 6 4號(hào)試樣微觀形貌(拋光態(tài))
將5號(hào)試樣置于光學(xué)顯微鏡下觀察,結(jié)果如圖7所示。由圖7可知：鋼管殼體內(nèi)壁存在氣泡、凹坑等表面缺陷。
圖 7 5號(hào)試樣內(nèi)壁微觀形貌
在蓄能器殼體中取樣,并對(duì)試樣進(jìn)行非金屬夾雜物檢驗(yàn),評(píng)級(jí)結(jié)果為：硅酸鹽C0.5級(jí),球狀氧化物D1.5級(jí)。1號(hào)試樣非金屬夾雜物微觀形貌如圖8所示。蓄能器殼體中的非金屬夾雜物級(jí)別達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)GB/T 10561—2005 《鋼中非金屬夾雜物含量的測(cè)定 標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖顯微檢驗(yàn)法》的要求。
圖 8 1號(hào)試樣非金屬夾雜物微觀形貌
2號(hào)試樣顯微組織形貌如圖9所示。黑色區(qū)域晶粒度評(píng)級(jí)結(jié)果為9級(jí),白色區(qū)域晶粒度評(píng)級(jí)結(jié)果為7級(jí),心部與表面晶粒度級(jí)別未見(jiàn)明顯差異。高級(jí)優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼的晶粒度要求應(yīng)為5級(jí)或更細(xì),蓄能器殼體金屬晶粒度符合標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6394—2017 《金屬平均晶粒度測(cè)定方法》要求。
圖 9 2號(hào)試樣顯微組織形貌
5號(hào)試樣的顯微組織形貌如圖10所示。由圖10可知：顯微組織為回火索氏體＋鐵素體,評(píng)級(jí)結(jié)果均為2級(jí)。顯微組織符合標(biāo)準(zhǔn)GB/T 13320—2007 《鋼質(zhì)模鍛件 金相組織評(píng)級(jí)圖及評(píng)定方法》要求[5]。
圖 10 5號(hào)試樣顯微組織形貌
2. 綜合分析
蓄能器利用氣體(氮?dú)?的可壓縮性來(lái)達(dá)到儲(chǔ)存液體的目的,當(dāng)壓力升高時(shí),油液進(jìn)入蓄能器,氣體被壓縮,當(dāng)壓力下降時(shí),壓縮氣體膨脹,油液壓入回路[6]。
35CrMo鋼蓄能器殼體的化學(xué)成分、力學(xué)性能均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。蓄能器殼體經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理,組織得到細(xì)化,具有良好的力學(xué)性能,但由于穿孔時(shí)內(nèi)壁存在凹坑、氣泡等表面缺陷,內(nèi)壁質(zhì)量不合格,使其在軋管、定徑等工序中產(chǎn)生裂紋。蓄能器在使用過(guò)程中受內(nèi)部介質(zhì)氣體和液壓油的反復(fù)加壓,微裂紋逐漸擴(kuò)展至管壁外表面,最終導(dǎo)致蓄能器開(kāi)裂。
3. 結(jié)論與建議
制做蓄能器殼體的鋼管存在微裂紋,蓄能器工作時(shí),內(nèi)部介質(zhì)氣體和液壓油產(chǎn)生的壓力使微裂紋逐步擴(kuò)展,導(dǎo)致蓄能器開(kāi)裂。
建議嚴(yán)格控制產(chǎn)品加工工藝,加強(qiáng)過(guò)程控制和完善關(guān)鍵控制點(diǎn)的檢驗(yàn)檢測(cè)工作。加強(qiáng)質(zhì)量管理,對(duì)不符合標(biāo)準(zhǔn)的工序嚴(yán)格管控,保證35CrMo熱軋無(wú)縫鋼管的質(zhì)量,避免產(chǎn)生裂紋。
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【本文標(biāo)簽】：35CrMo鋼 顯微組織 鐵素體 高強(qiáng)度鋼 力學(xué)性能檢測(cè) 第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)
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