《大型铸锻件》
HEAVY CASTINGS ANDFORGINGS
No.6 November2019
高锯铸铁衬板热处理裂纹的原因分析及预防措施李洁"张广威"孔玉婷"郎庆斌2殷立涛1 （1.中信重工机械股份有限公司，河南471003;2.河南省大型铸锻件工程技术研究中心，河南471003）
摘要：通过化学成分分析以及宏观、微观组织观测和硬度检验等试验方法对高珞铸铁衬板在热处理过程中产生的裂纹进行了分析，结果表明热处理过程中的组织应力和热应力在变截面处集中是裂纹形成的直接原因。通过热处理工艺试验发现适当降低淬火温度并提高回火工艺可确保基体硬度并有效预防裂纹的产生。 键词：高珞铸铁衬板；裂纹；热处理应力；回火工艺
中图分类号:TG157文献标志码:B
Cause Analysis and Preventive Measures of Heat Treatment Crack of
High Chromium Cast Iron Lining Plate
Li Jie,Zhang Guangwei,Kong Yuting,Lang Qingbin,Yin Litao
AbstracS:The cracks of high chromium cast iron lining plate during heat treatment have been analyzed by means of chemicai composition analysis,macro s tructure,micro s tructure observation and hardness test.The results show that the concenmahoy of microstructure stress and thermai stress on the vvriable cross section during the heat treatment process is the direct cause of crack formation.Through the heat meatment test,C is found that properly reducing the quenching temperature and increasing the tempering process can ensure the hardness of the matriu and effectOely prevent cracks.
Key words:high chromium cast iron lining plate;crack;heat treatment stress;tempering process
高鎔铸铁衬板的鎔含量较高，经热处理后会在基体组织中形成弥散分布的硬度很高的MC 碳化物，提高基体组织的耐磨性和韧性口"］，现已广泛应用于冶金、水泥粉磨、矿山、火力发电等行业⑶。由于该材质合金含量高，形成的组织复杂，在热处理过程中会产生较大的组织应力和热应力，二者相互作用极易产生应力开裂。
本文针对高鎔铸铁衬板在经过1000t风冷、210t回火后的表面开裂状况进行了失效分析，通过热处理工艺试验制定了预防措施。
1实验结果与分析
1.1宏观形貌分析
宏观分析发现高鎔铸铁衬板开裂部位在变截面处，呈45。角的裂纹贯穿整体，沿长度方向扩展，如图1所示。在裂纹处取样后可以看出，裂纹断面齐整，经酸洗后低倍状态下未发现肉眼可见的冶金缺陷。
1.2化学分析
在高鎔铸铁衬板开裂部位截取样块进行化学成分分析，衬板的化学成分如表1所示，检测结果符合规范要求,S、P等有害元素含量不超标。
1.3硬度及金相分析
技术要求硬度60-65HRC，对开裂部位的表收稿日期：2019-04-12面及深度90mm处进行硬度检测，硬度值为60-62HRC，整体硬度差值不大，符合技术要求。
对开裂部位的表面及深度45mm处分别取样进行微观组织及断口SEM观察。如图2所示，两处金相组织均由共晶碳化物+马氏体+二次碳化物+—定数量的残余奥氏体组成，裂纹表面未见任何氧化脱碳等异常组织，未发现集中分布的夹杂，断裂的形式属于应力开裂；通过SEM观察发现，断口呈解理断裂，具有脆性断裂的特征，为穿晶断裂形貌，未见明显的沿晶断裂形貌，如图3所示。
图1高珞铸铁衬板开裂形貌
Figure1Crack morphology of high chromium
cast iron lining plate
1.4回火工艺试验
从高锯铸铁衬板未开裂处取25mm X 25mm X30mm试样7件，为了防止在高温状态下进行淬火产生过大的热应力及组织应力，将淬火加热温度由1000t降低至980t进行。
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No. 6
November 2019
表1试样的化学成分(质量分数，％)
Tabe 1 Chemica] composition of specimen (matt fraction , % )
C
Mn Si S P Ct Ni Mo Cu V At Ti 要求值 2.5 〜2.90.5 〜1.0U1.0U0.03U0.0615.0-17.00. 1 〜0.50.5 〜3.00.25 〜1.00.01 〜0.5
-U0.033实测值 2.710.84
0.720.0170.02916.480. 17 2.00.780.35
0.029
0.023
图3断口部位SEM 观察形貌
Fiaure 3 Morphology of fracture observed by SEM
(f)
(c)450t 回火
(a)300t 回火10pm (b)400t 回火
10pm
Fiaure 4 Metallovraphio structures at different tempering temperatures
(d)500C 回火(e)550C 回火(f)600C 回火
图4不同回火温度下的金相组织
经980t 淬火后分别进行2001、3001、 400°C 、450°C 、500°C 、550°C 和 600t 下 10 h 回火,
检测硬度如表2所示。
表2不同回火温度下的硬度值
Tabe 2 Haninet valuet at different
tempering temperahiret
回火温度/C
200300400450500550
600HRC
60.759.】
59.7
61.】
62.554.8
47.2
在200 ~ 300t 范围内回火，硬度值随着温度 的升高略有降低；在300 - 500C 范围内回火，硬
度值随着温度的升高而缓慢升高，在500t 回火 后硬度值达到62.5HRC ；在500 ~ 600C 范围内回
火，硬度值随着温度的升高而快速降低，在600t
回火后硬度值只有47.2HRC 。
回火温度U300C 时，组织状态为碳化物+回
火马氏体+残余奥氏体组成，如图4( a)。
回火温度＞450C 时，组织状态为碳化物+回
火马氏体+少量残余奥氏体组成，如图4(c)和
(d)。此时残余奥氏体中的碳化物开始析出，残 余奥氏体进一步转变为马氏体，使得高鎔铸铁的 硬度提高。
回火温度达到550C 时，组织状态为碳化物
+回火马氏体组成，如图4(e)和(f)。马氏体开 始分解为回火索氏体，硬度显著降低。
2高锯铸铁衬板开裂原因分析
(1)裂纹产生在衬板截面的突变处。零件截
面尺寸相差较大，容易在不同部位之间形成冷速
上的很大差异，使各部位之间的马氏体转变不同
时性加剧，增大组织应力；加之在截面急剧变化处
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又存在着应力集中的因素，因而在该处极易产生裂纹。
高铬铸铁(2)淬火产生的应力(组织应力+热应力)超过了断裂强度，导致零件发生断裂。硬度要求高则必须采取更快速的冷却方式，导致淬裂的倾向增大。根据硬度及金相检测结果可以看出，衬板已完全淬透，表面产生的拉应力超过该区域的断裂强度，形成裂纹。
(3)断口呈穿晶脆性断裂，未见明显的沿晶断裂。由SEM照片可以看出，断口形貌为解理断裂，未发生沿晶断裂，即在晶界上不存在(或较少存在)脆性沉淀相和使晶界弱化的夹杂物。
3结论
(1)通过理化性能检测分析，表面高锯铸铁衬板热处理裂纹的原因是淬火+低温回火后组织应力过大，导致开裂。
(2)在该高锯铸铁衬板上取样进行热处理工艺试验可知：试块经980t淬火后在450-500t 回火时，有明显的二次硬化现象。
(3)预防淬火裂纹的措施可适当降低淬火温度，提高回火温度使残余奥氏体转变为马氏体，保证本体硬度指标。
参考文献
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(上接第38页)
通过不同变形量热锻的AZ91D镁合金再经过时效热处理后的相关力学性能具体如表3所示，对应表2可以很容易地发现，除断后伸长率以外,AZ91D镁合金的抗拉强度、屈服强度和硬度都有明显的提升。产生该现象的原因是AZ91D 镁合金经热锻后本来处于一种极不稳定的能量状态，但经时效热处理后合金中部分颗粒状的固相会逐渐弥散析出，从而阻碍相对位错运动，起到了弥散强化的作用，导致抗拉强度和屈服强度都有显著提高。
表3AZ91D镁合金时效热处理后的力学性能Table3Mechanical properties of AZ91D magnesinm alloy after agnig heat treatmeni
变形量
%抗拉强度
MPa
屈服强度
MPa
断后伸长率
%
硬度
HRE
20249.12162.898.5884.1
40274.27178.8110.0284.7
60303.94197.9811.1985.1
5总结
(1)AZ91D镁合金在热锻加工过程中会自然分化为四块不同的变形区域，即大变形位置区、小变形位置区、难变形位置区和过渡变形位置区；
(2)热锻加工过程中，塑性变形量的大小会对AZ91D镁合金的组织结构和力学性能产生很大的影响，热锻变形量越大，镁合金的晶粒就越细小，分布就越均匀，对应的力学性能也会随之提升；
(3)时效热处理会使热锻后AZ91D镁合金中的部分颗粒状固相弥散析出，从而阻碍相对位错运动，起到
弥散强化的作用，同样能使相对应的力学性能显著提升。
参考文献
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