圖 1 蓄能器殼體宏觀形貌
分享：35CrMo鋼蓄能器開裂原因
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鋼的強度高、塑性及韌性好,具有良好的綜合力學性能。35CrMo鋼常用于制造汽車、拖拉機、機床及其他要求具有良好綜合力學性能的各種重要零部件,如柴油機連桿螺栓、汽車底盤上的半軸以及機床主軸等[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方法對其開裂原因進行分析,以防止該類事故再次發(fā)生。
1. 理化檢驗
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：目視無法識別外壁裂紋,內(nèi)壁裂紋清晰可見。
在開裂位置制備1～4號試樣,在內(nèi)壁未經(jīng)打磨的區(qū)域制備5號試樣,對6號試樣進行化學成分分析和力學性能測試(見圖2)[2]。
圖 2 取樣位置
內(nèi)壁先開裂的區(qū)域斷口呈黑色且顏色黯淡,后續(xù)開裂的區(qū)域顏色呈灰色,呈現(xiàn)平直特征,3號試樣斷口宏觀形貌如圖3所示。
圖 3 3號試樣斷口宏觀形貌
1.2 化學成分分析
對6號試樣進行化學成分分析,結(jié)果如表1所示。由表1可知：蓄能器殼體的化學成分符合GB/T 3077—2015 《合金結(jié)構(gòu)鋼》對35CrMo鋼的技術(shù)要求。
Table 1. 6號試樣化學成分分析結(jié)果
| 項目 | 質(zhì)量分數(shù) | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| C | Si | S | Mn | P | Mo | Cr | |
| 實測值 | 0.370 | 0.260 | 0.010 | 0.509 | 0.010 | 0.201 | 1.09 |
| 標準值 | 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號試樣置于掃描電鏡(SEM)下觀察,結(jié)果如圖4所示。
圖 4 3號試樣裂紋源區(qū)和擴展區(qū)SEM形貌
1.4 力學性能測試
對6號試樣進行力學性能測試,結(jié)果如表2所示。由表2可知： 蓄能器殼體的力學性能符合標準GB/T 3077—2015對35CrMo無縫鋼管的技術(shù)要求[3－4]。
Table 2. 6號試樣的力學性能測試結(jié)果
| 項目 | 抗拉強度/MPa | 屈服強度/MPa | 斷后伸長率/% | 斷面收縮率/% | 沖擊吸收能量/J | 硬度/HBW |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 實測值 | 1 100 | 900 | 13 | 55 | 66 | 200 |
| 標準值 | ≥980 | ≥835 | ≥12 | ≥45 | ≥63 | ≤229 |
1.5 金相檢驗
將2號試樣置于光學顯微鏡下觀察,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,無氧化脫碳現(xiàn)象。
圖 5 2號試樣裂紋微觀形貌
將4號試樣置于光學顯微鏡下觀察,結(jié)果如圖6所示。由圖6可知：斷裂面存在裂紋。
圖 6 4號試樣微觀形貌(拋光態(tài))
將5號試樣置于光學顯微鏡下觀察,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號試樣內(nèi)壁微觀形貌
在蓄能器殼體中取樣,并對試樣進行非金屬夾雜物檢驗,評級結(jié)果為：硅酸鹽C0.5級,球狀氧化物D1.5級。1號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別達到標準GB/T 10561—2005 《鋼中非金屬夾雜物含量的測定 標準評級圖顯微檢驗法》的要求。
圖 8 1號試樣非金屬夾雜物微觀形貌
2號試樣顯微組織形貌如圖9所示。黑色區(qū)域晶粒度評級結(jié)果為9級,白色區(qū)域晶粒度評級結(jié)果為7級,心部與表面晶粒度級別未見明顯差異。高級優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼的晶粒度要求應為5級或更細,蓄能器殼體金屬晶粒度符合標準GB/T 6394—2017 《金屬平均晶粒度測定方法》要求。
圖 9 2號試樣顯微組織形貌
5號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,評級結(jié)果均為2級。顯微組織符合標準GB/T 13320—2007 《鋼質(zhì)模鍛件 金相組織評級圖及評定方法》要求[5]。
圖 10 5號試樣顯微組織形貌
2. 綜合分析
蓄能器利用氣體(氮氣)的可壓縮性來達到儲存液體的目的,當壓力升高時,油液進入蓄能器,氣體被壓縮,當壓力下降時,壓縮氣體膨脹,油液壓入回路[6]。
35CrMo鋼蓄能器殼體的化學成分、力學性能均符合標準要求。蓄能器殼體經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理,組織得到細化,具有良好的力學性能,但由于穿孔時內(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。蓄能器在使用過程中受內(nèi)部介質(zhì)氣體和液壓油的反復加壓,微裂紋逐漸擴展至管壁外表面,最終導致蓄能器開裂。
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,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展,導致蓄能器開裂。
建議嚴格控制產(chǎn)品加工工藝,加強過程控制和完善關(guān)鍵控制點的檢驗檢測工作。加強質(zhì)量管理,對不符合標準的工序嚴格管控,保證35CrMo熱軋無縫鋼管的質(zhì)量,避免產(chǎn)生裂紋。
文章來源——材料與測試網(wǎng)
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