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第38卷第6期
2010年12月
现代冶金
ModernMetallurgy
V o1.38No.6
DeC.2010
六角扳手断裂原因分析及改进措施
(南京钢铁集团有限公司技术质量部，江苏南京210035)
摘要：运用金相，扫描电镜等手段对NGS2六角扳手断裂原因进行了分析，指出用户球化退火工艺不当造成的材料 塑性变形能力降低是造成冷加工断裂的主要原因.
关键词：标准件用钢；断裂；球化退火
中图分类号:TG1】5.21
引言
南京钢铁集团有限公司(以下简称"南钢公司")
生产的NGs2标准件用钢盘条，主要用于生产内六
角扳手，螺丝批，气动起子等五金工具，这种盘条的
表面质量，尺寸精度，脱碳，塑性要求均较高.一批
6rnm的NGS2盘条成品，在后续拉拔，冷弯做成
六角扳手后，拐角处出现断裂，造成批量报废，给用
户带来较大的经济损失.为了弄清断裂产生的原因,
南钢公司对断裂样品进行了取样分析.
对出现断裂和未断裂的六角扳手进行取样观察
以及对比分析.先将试样在裂纹处打断，对断口进行
南海纪行金相和扫描电镜观察.
2裂纹的形态及结果分析
2.1宏观形貌
试样上断裂处的形貌如图1所示，从图1中可以
清晰地观察到，断裂正好发生于试样的转角处，深度为4mm左右，裂纹几乎贯穿于整个截面.
在JSM一6490扫描电子显微镜下对断口进行形貌观察，如图2所示.从图2中可以看出，该试样在断裂前没有明显的宏观塑性变形，断口平齐光亮，呈现收稿日期:2010—06—26
作者简介：卞欣(1971～)，女，工程师
放射花样.由此判断，该断口为脆性断口.
图1试样宏观形貌
图2断裂试样球化组织
NGS2钢属于Cr—Mo—V系合金弹簧钢，是一种
较高等级的弹簧钢，它的轧材组织为索氏体以及片状珠光体组织.用户对NGS2轧材进行后续热处理和深加工的具体工艺为：轧材成品一球化退火(温度为73O.C)一拉拔一冷弯一调质处理.
南钢公司对断裂试样断口附近组织和未发生断
裂试样的组织进行了对比分析，结果分别如图3和图4所示.通过两图对比可以看出，未断试样的球化组织球化效果较好，组织为球化珠光体，且组织细小均匀；而断裂试样的组织为片状珠光体和铁素体，球化效果很不均匀，表现在粒状珠光体并不是细小均匀分布的球化体，未被球化的片状珠光体依然存在. 14现代冶金第38卷
一
般来讲，球化退火的质量常用退火后硬度和渗碳
体颗粒大小(即所谓球化级别)进行评价.根据JB/T 5074—91《低，中碳钢球化体评级法》，评定图3组织为3级球化体，属于不合格的球化组织.该组织综合力学性能不高，强度低，塑性差，会给后续深加工造
成不良影响，易引起应力集中以致开裂.因此，通过
以上分析可以看出，用户所采用的球化退火制度存
在不合理之处.
图3断口形貌
图4未断试样球化组织
3分析与讨论
球化退火是一种将钢中碳化物由片状变为粒状
的热处理工艺.球化退火的目的是消除钢中的片状
珠光体，代之以粒状珠光体.盘条经过球化退火后,
可获得在铁素体基体上分布球状渗碳体的组织，而
均匀细小的球化体可显着地提高钢材塑性变形的能力，使材料达到最佳塑性，从而为后续深加工变形作好准备.球化退火工艺的关键步骤包括正确选定加
热温度，保温时间以及冷却速度等.球化退火工艺的依据是片状渗碳体有向球状渗碳体自发变化的趋势，而小颗粒的球状渗碳体又自发地向大颗粒球状
渗碳体聚集，以减少碳化物总的表面积，从而使表面能降低，球化体易于形成.
为了得到良好的球化组织，要求加热时获得成
分不均匀的奥氏体和一定数量未溶人奥氏体的碳化物，这样在随后缓冷时，会以未溶的碳化物粒子为核心或在奥氏体中富碳区形成碳化物核心，长大成球
状碳化物.因此，球化退火的加热温度不能过高，通
常是Acl以上20~30.C(括号内文字去掉)，炉冷到
略低于Ar1温度(约700.C)等温，然后炉冷至500.C
女死囚犯
左右出炉空冷.根据以上分析，片状珠光体的存在有
两种原因:(1)球化温度偏低，以致片状珠光体未能
完全溶解;(2)球化温度过高，会造成未溶碳化物粒
骑士车子数减少，奥氏体成分较均匀，冷却时易在奥氏体晶
界上产生碳化物核心，进而形成片状珠光体.同时,
如果冷却速度过快，在冷却过程中就不能保证碳原
子以及合金元素原子扩散充分，碳化物颗粒不能完
全析出，长大以及聚集球化.所以要特别注意的是,
球化退火的冷却速度需比一般退火缓慢.
为此，取3根NGS2钢盘条轧材成品，分别编号
为1,2,3，做了如下试验：将它们分别加热到720, 750,780.C，再保温5h，然后炉冷至500.C左右出炉
阿伦特
空冷.将按上述工艺球化退火的盘条在材料试验机
上进行拉伸试验，得到相应的力学性能(见表1).由
表l知编号为2号的试样在750.C温度加热并保温5 h后，可获得较低的抗拉强度和良好的塑性.将2号
试样取样，利用ZEISS—HALLOO金相显微镜检验其显微组织见图5.从图5所示的显微组织中可以看出，片状珠光体基本上都被球化成粒状珠光体，而且
球化体均匀细小，呈现弥散分布状态，该组织具有优
良的塑性和综合机械性能，为后续加工做好了充分
的组织准备.
1oooX
图52号试样球化退火后组织(4硝酸酒精溶液腐蚀) 将1号试样取样检验其显微组织见图6，图6中
的组织仍然有部分片状珠光体，球化效果不是很理1000×
图61号试样球化退火后(4硝酸酒精溶液腐蚀)
第6期卞欣：六角扳手断裂原因分析及改进措施15
想，这与用户选择球化退火温度730.C下获得的组
织相似，表明原有的退火温度偏低，造成球化不
范立础
充分.
有严格地控制好热处理工艺，才能得到良好的球化
组织，以满足后续压力加工成形的需要.
表1NGS2球化退火后力学性能比较表参考文献:
4结论
(1)造成NGS2六角扳手断裂的原因是用户在
对轧材进行球化退火处理时，球化温度偏低，导致球
化效果不好，从而降低了材料的塑性变形能力，以致
材料在后续加工时出现断裂.
(2)根据球化组织形成机理，在制定相应退火工
艺时，应注意加热温度不宜过高和过低，通常是Acl
以上20~30.C，冷却速度也要比一般退火缓慢.只
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