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模具钢、高速钢

GCr15

发布时间:2019/12/30 点击量:

某公司新进一批GCr15钢制零件,进厂检验时发现裂纹。随后对本批零件进行磁粉探伤,发现该批零件全部出现裂纹。

 

1.研究内容及方法

(1)化学成分分析 对零件表面和内部使用OBLF直读光谱仪进行化学成分分析,结果如表1所示。

 

表1 钢制零件化学成分(质量分数)                  (%)

元素

C

Si

Mn

P

S

Cr

GB/T18254要求

0.95~1.05

0.15~0.35

0.25~0.45

≤0.025

≤0.025

1.40~1.65

内部检测结果

0.991

0.211

0.305

0.012

0.005

1.465

表面检测结果

0.785

0.207

0.302

0.011

0.005

1.429

从零件内部的化学成分可以看出,零件化学成分符合GB/T18254中GCr15要求,从表面与内部的化学成分数据对比可以看出,零件表面存在脱碳现象。

 

(2)金相组织观察 对零件进行非金属夹杂物检验,检验结果见表2,所含非金属夹杂物均符合GB/T18254要求。

表2 非金属夹杂物检验结果

非金属夹杂物类型

GB/T18254要求

检测结果

细系

粗系

细系

粗系

A

≤2.5

≤1.5

0

0

B

≤2.0

≤1.0

0.5

0

C

≤0.5

≤0.5

0

0

D

≤1.0

≤1.0

0

0

 对零件表面进行金相制样(未腐蚀),使用LEICA DM4000M显微镜观察零件表面,裂纹呈现网状。

 

为了更清楚地显示裂纹形貌,对零件切割进行了横截面显微观察,金相制样未腐蚀后观察发现了许多由表面向内扩展延伸的裂纹,是一条从表面向内延伸的裂纹,裂纹长度约为200μm。裂纹附近未见非金属夹杂物,图4显示裂纹呈现出曲折、间断的相似形貌,而且裂纹体的有些部位出现了分叉现象。说明淬火时较大的内应力(包括组织应力和热应力)使得材料表面多处发生了开裂。

 

对横截面金相样品腐蚀后,零件为正常部位与裂纹处组织均为正常的GCr15淬回火组织:回火隐针马氏体+碳化物+残留奥氏体,未见过热及过烧的粗大晶粒级粗大的网状碳化物。裂纹两侧未见明显脱碳,说明裂纹形成与淬火加热后。

 

2.表面网状裂纹产生的原因分析

零件均为GCr15高碳合金钢制造的壁薄壁零件,热油淬火时极易淬透。因马氏体与奥氏体如表3所示其比容存在差异以及奥氏体、马氏体与碳化物热膨胀系数的巨大差异,零件淬火时会产生很大的组织应力和热应力。

表3 钢中各种相的比容

相组成

wC(%)

比容/(cm3/g)

奥氏体

0~2

0.1212+0.033(%C)

马氏体

0~2

0.1271+0.0025(%C)

零件在淬火过程中表层先冷,中心后冷,存在表心温差,在冷却初期表层下降比心部快,表层较大收缩收心部的牵制,表层产生拉应力。由于心部的马氏体相变落后于表面,且马氏体比容大于奥氏体,因此零件表面的存在组织压应力,但是由于表面存在脱碳,淬火过程中降低了心部奥氏体与表面马氏体的比容差,降低了表面本来应该有的压应力。表面脱碳层造成淬火后内层马氏体含碳量高于表面马氏体含碳量,由表3可以得出内部的马氏体的比容大于表面马氏体比容,这样表面形成的马氏体与内部的马氏体体积差大,使表面造成很大的拉应力,当上述总应力超过零件本身强度即导致零件开裂,形成表层的张开型淬火裂纹。

 

3.结语

(1)该批GCr15钢制零件出现表面网状裂纹,应当报废处理。

(2)零件裂纹形成与淬火后,由淬火后应力造成。

(3)GCr15钢制零件热处理过程中,应当防止表面脱碳。