下载文档原格式
35CrMo圆钢零件调质开裂原因分析耿传芸;朱敏涛;杨学婧【摘要】35 CrMo圆钢零件在调质后出现了开裂现象,通过宏观检验、化学成分分析及金相检验等方法对开裂原因进行了分析.结果表明:加工工艺不当使圆钢疏松部分被使用,诱发裂纹产生,而调质过程中冷却速度过快促进了裂纹的扩展.【期刊名称】《理化检验-物理分册》【年(卷),期】2015(051)003【总页数】3页(P222-224)【关键词】35CrMo圆钢;调质;裂纹;疏松【作者】耿传芸;朱敏涛;杨学婧【作者单位】中石化石油工程技术研究院德州大陆架石油工程技术有限公司,德州253034;中石化石油工程技术研究院德州大陆架石油工程技术有限公司,德州253034;中石化石油工程技术研究院德州大陆架石油工程技术有限公司,德州253034【正文语种】中文【中图分类】TU511.3+4调质工艺是淬火和高温回火的综合热处理工艺，35CrMo钢经调质处理后具有良好的综合力学性能［1］，可用于制造受力部件。
用于石油机械产品上的某零件采用φ180mm的35CrMo圆钢下料加工而成。
该零件的生产工艺流程为：下料→粗车→调质→精车。
一批该零件在调质处理后发现其内表面存在开裂现象，调质前零件的尺寸见图1，调质工艺曲线见图2。
为查找该批零件在调质后发生开裂的原因，笔者对其进行了理化检验与分析。
1 理化检验1.1 宏观检验零件上的宏观裂纹如图3所示，可见裂纹细而狭长，随机分布，由内向外沿轴向开裂，深度为3～10mm。
图1 调质前零件的尺寸（mm）Fig.1 Size of part before quenching and tempering process图2 调质处理的工艺曲线Fig.2 Quenching and tempering process curve1.2 化学成分分析在零件上取φ30mm的化学成分分析试样，用Bruker Q4直读光谱仪进行成分分析。
结果如表1所示，可见零件材料符合GB／T 3077－2012《合金结构钢》的要求。
低倍下钢的缺陷的分类、特征、产生原因及评定原则1.一般疏松：特征：在酸浸试片上表现为组织不致密，呈分散在整个截面上的暗点和空隙。
暗点多呈圆形或椭圆形，空隙在放大镜下观察多为不规则的空洞或圆形针孔。
这些暗点和空隙一般出现在粗大的树枝状晶主轴和次轴之间，疏松区发暗而轴部发亮，当亮区和暗区的腐蚀程度差别不大时则不产生凹坑。
产生原因：钢液在凝固时，各结晶核心以树枝状晶形长大，在树状晶主轴和各次轴之间存在着凝固时产生的微孔系析集，一些低熔点的组元，气体和非金属夹杂物，这些微孔系和析集的物质经酸洗腐蚀后呈现组织疏松。
评定原则：根据分散在整个截面上的暗点和空隙的数量、大小及他们的分布状态，并考虑树枝状晶的粗细程度而定。
2.中心疏松：特征：在酸浸蚀试片的中心部位，呈集中分布的空隙和暗点，他和一般的疏松的主要区别是空隙和暗点仅存在于式样的中心部位，而不是分布在整个截面上。
产生原因：钢液在凝固是体积收缩引起的组织疏松及锭中心部位因最后凝固时气体析集和夹杂物聚集较为严重所致。
评定原则：以暗点和空隙的数量，大小及密集程度而定。
3.锭型偏析：特征：在酸浸试片上呈腐蚀较深的，并由暗点和空隙组成的，与原锭型横截面形状相似的纽带，一般为方形。
产生原因：在钢锭结晶过程中由于结晶规律的的影响，柱状晶区与中心等轴晶区交界处成分偏析和夹杂聚集所致。
评定原则：根据框形区域的组织树松程度和纽带的宽度加以平定。
必要时可测量偏析框边距离试片表面的最近距离。
4.斑点状偏析:特征：呈现不同形状和大小的暗色斑点，不论暗色斑点与气泡是否同时存在，这种统称为斑点状偏析。
当斑点分散分布在整各截面上时称为一般斑点状偏析；当斑点存在于试片边缘时称为斑点状偏析。
评定原则：一斑点的是量大小和分布状况而定。
5.白亮带：特征：呈现抗腐蚀能力较强，组织致密的亮白色或浅白色框带。
产生原因：连铸坯在凝固过程中，由于磁搅拌不当钢液凝固前沿温度梯度减小，凝固前沿聚集溶质的钢液留出而形成白亮带。
金属的低倍组织缺陷分析一、原理概述金属的低倍组织缺陷检验也称为宏观检验。
它是用肉眼或不大于十倍的放大镜检查金属表面、断口或宏观组织及其缺陷的方法。
宏观检验在金属铸锭、铸造、锻打、焊接、轧制、热处理等工序中，是一种重要的常用检验方法。
这种检验方法操作简便、迅速，能反映金属宏观区域内组织和缺陷的形态和分布特点情况。
使人们能正确和全面的判断金属材料的质量，以便指导科学生产、合理使用材料。
还能为进一步进行光学金相和电子金相分析作好基础工作。
宏观检验包括低倍组织及缺陷检验(包括酸蚀、硫印、塔形车削以及无损控伤等方法)和断口分析等。
1．较典型的宏观缺陷较典型的宏观缺陷有偏析、疏松、缩孔、气泡、裂纹、低倍夹杂、粗晶环等。
(1) 偏析合金化学成分不均匀的现象叫做偏析。
根据偏析的范围大小和位置的特点，一般可以分为三种。
即晶内偏析和晶间偏析、区域偏析、比重偏析。
晶内偏析和晶间偏析如固溶体合金浇注后冷凝过程中，由于固相与液相的成分在不断的变化，因此，即使在同一个晶体内，先凝固的部分和后凝固的部分其化学成分是不相同的。
这种晶内化学成分不均匀的现象叫晶内偏析。
这种偏析常以树枝组织的形式出现，故又称为枝间偏析。
这种偏析一般通过均匀退火可以将其消除。
基于同样的原因，在固溶体合金中先后凝固的晶体间成分也不相同，这种晶体间化学成分不均匀现象叫做晶间偏析。
区域偏析在铸锭结晶过程中，由于外层的柱状晶的成长把低熔点组元、气体及某些偏析元素推向未冷却凝固的中心液相区，在固、液相之间形成与锭型外形相似形状的偏析区。
这种形态的偏析多产生在钢锭结晶过程，由于钢锭模横断面多为方形，所以一般偏析区也是方框形，故常称为方框偏析。
在酸浸试片上呈腐蚀较深的，并由暗点和空隙组成的方形框带。
这种偏析是一种下偏析，即铸锭的外层是富集高熔点组元，而铸锭心部则富集了低熔点的组元和杂质。
与正偏析相反的是反偏析。
反偏析恰与正偏析相反。
当合金的铸锭发生反偏析时，铸锭表面溶质高于合金的平均成分，中心人溶质低于合金的平均成分；有时铸锭表面富集低熔点组元和杂质，严重时可在铸锭表面形成反偏析瘤。
贵州大学实验报告（小三号，加黑）
学院：材料与冶金专业：材料科学与工程班级：材料081
图5-1 不同浇铸条件下铝锭的宏观组织
℃浇铸，3mm厚铁模 b）800℃浇铸，10mm厚铁模 c）680℃浇铸，100mm厚铁模加硅铁粉
图5-2 钢中常见的低倍缺陷
a）一般疏松 b）方框偏析 c）皮下气泡 d）白点 e）缩孔残余
次消光和发亮现象。
对于
透明的，各向同性的球形夹物，
SiO 2，在明场下呈深灰 图5-3 钢中的非金属夹杂
Al 2O 3 b ）MnS c ）TiN d ）玻璃质SiO 2明场下光环特征 e ）玻璃质SiO 2，偏
图5-4 偏振光装置示意图
几种非金属夹杂物的特征
暗场偏振光
，不规则外形小颗粒成群分布，透明、淡黄色透明，弱各向异性
注：各学院可根据教学需要对以上栏目进行增减。
表格内容可根据内容扩充。
大型锻件中常见的缺陷与对策大型锻件中常见的缺陷与对策大型锻件中的缺陷，从性质上分为化学成分、组织性能不合格，第二相析出，类孔隙性缺陷和裂纹五大类。
从缺陷的产生方面可分为，在冶炼、出钢、注锭、脱模冷却或热送过程中产生的原材料缺陷及在加热、锻压、锻后冷却和热处理过程中产生的锻件缺陷两大类。
大型锻造中，由于锻件截面尺寸大，加热、冷却时，温度的变化和分布不均匀性大，锻压变形时，金属塑性流动差别大，加上钢锭大冶金缺陷多，因而容易形成一些不同于中小型锻造的缺陷。
如严重偏析和疏松，密集性夹杂物，发达的柱状晶及粗大不均匀结晶，敏感开裂与白点倾向，晶粒遗传性与回火脆性，组织性能的严重不均匀性，形状尺寸超差等等。
大型锻件中常见的主要缺陷有：1.偏析钢中化学成分与杂质分布的不均匀现象，称为偏析。
一般将高于平均成分者，称为正偏析，低于平均成分者，称为负偏析。
尚有宏观偏析，如区域偏析与微观偏析，如枝晶偏析，晶间偏析之分。
大锻件中的偏析与钢锭偏析密切相关，而钢锭偏析程度又与钢种、锭型、冶炼质量及浇注条件等有关。
合金元素、杂质含量、钢中气体均加剧偏析的发展。
钢锭愈大，浇注温度愈高，浇注速度愈快，偏析程度愈严重。
（1）区域偏析它属于宏观偏析，是由钢液在凝固过程中选择结晶，溶解度变化和比重差异引起的。
如钢中气体在上浮过程中带动富集杂质的钢液上升的条状轨迹，形成须状∧形偏析。
顶部先结晶的晶体和高熔点的杂质下沉，仿佛结晶雨下落形成的轴心∨形偏析。
沉淀于锭底形成负偏析沉积锥。
最后凝固上部区域，碳、硫、磷等偏析元素富集，成为缺陷较多的正偏析区。
图1为我国解剖的55t34CrMolA钢锭纵剖面硫印低倍图片及区域偏析示意图。
图1 钢锭区域偏析硫印示意图①“∧”型偏析带②“∨”型偏析带③负偏析区防止区域偏析的对策是：1）降低钢中硫、磷等偏析元素和气体的含量，如采用炉外精炼，真空碳脱氧（VCD）处理及锭底吹氩工艺。
2）采用多炉合浇、冒口补浇、振动浇注及发热绝热冒口，增强冒口补缩能力等措施。
35crmo调质处理的实验报告35CrMo是一种常用的合金结构钢材料，具有优良的机械性能和耐热性能。
为了进一步提高其性能，常常需要进行调质处理。
本实验报告旨在探究35CrMo调质处理的过程、方法和效果。
一、实验目的本实验的主要目的是通过调质处理，改善35CrMo的组织结构，提高其强度和硬度，同时保持一定的韧性和可塑性。
二、实验材料与方法1. 实验材料：35CrMo钢样2. 实验仪器：电炉、显微镜、拉伸试验机等3. 实验步骤：(1) 将35CrMo钢样切割成适当的尺寸；(2) 对样品进行热处理，在电炉中加热至适当温度，保温一段时间；(3) 采用水淬或油淬的方式快速冷却样品；(4) 对冷却后的样品进行回火处理，提高韧性。
三、实验结果与讨论经过调质处理后，35CrMo钢样的显微组织发生了明显变化。
原本的非调质状态下，35CrMo的组织主要由珠光体和渗碳体组成，硬度较低。
调质处理后，钢材中的碳和合金元素发生重新分布，形成了细小的马氏体和残余的渗碳体。
显微组织的改变使得35CrMo钢的硬度和强度得到了显著提高。
调质处理的效果主要取决于加热温度、保温时间和冷却速度等因素。
适当的加热温度和保温时间可以使35CrMo钢中的合金元素充分溶解，形成均匀的固溶体。
然后通过快速冷却，使溶解的合金元素迅速固定在晶界，形成马氏体。
最后进行回火处理，可以消除内部应力，提高韧性。
调质处理后的35CrMo钢样经过拉伸试验，其强度和硬度明显提高。
然而，由于马氏体的形成，钢材的韧性和可塑性相对降低。
因此，在实际应用中，需要根据具体情况进行合理的调质处理，以平衡强度、硬度和韧性的要求。
四、实验结论通过35CrMo的调质处理，可以显著改善钢材的强度和硬度，使其适用于更高强度和耐热性能要求的工程应用。
调质处理的关键在于合适的加热温度、保温时间和冷却速度，以及合理的回火处理。
调质处理后的35CrMo钢样在应用中需要平衡强度、硬度和韧性的要求。
