40Cr冷拔脆断原因分析
摘要某冷拉厂于2011年购进一批,规格为20 mm的40Cr圆钢,冷拔加工成17 mm的六角形钢,在此过程中,出现了大量脆断现象,断口形貌呈子弹型,本文从断口形貌,金相组织、受力状况等方面对拉拔断裂的原因进行了分析。
关键词冷拔;断口;金相组织
冷拔简介:冷拔工艺为:圆钢→退火→轧头→酸洗→润滑处理→冷拔。冷拔过程的是原材料在拉拔力的作用下,形成径向压缩,轴向拉伸的应力状况,使材料产生塑性变形,受力方向与表面呈一定的角度。其合力沿拉伸方向,为与材料表面呈一定夹角,由表面指向材料中心。
试样的选取:为了分析其原因,现场选取了3截冷拔断裂试样,同时切取了同一炉号,未经冷拔的原材料试样2个,以及另外2个炉号没有出现断裂的,同材质、同规格的产品试样各2个带回分析。
试样的检测:首先利用超声探伤仪对带回的试样进行C型和A型水浸超声检测,原材料均未发现裂纹缺陷,而在冷拔后的六角形棒料的中心部位,均发现间断性的裂纹。对此材料进行拉伸破坏性试验,其断口形貌均与现场情况完全吻合,断口形形貌如图1、图2所示。
图 1 断口侧视图图2 断口正视图
图1为宏观断口侧视形貌,断口突出的一端呈子弹形,内凹的一端呈圆形陨石坑形,两端完全吻合;图2为宏观断口正视形貌,分3个区:纤维区(A区);放射区(B区);瞬断区(C区)。A区为灰黑色,位于断口中央的位置,直径约1.8mm,是断裂起始的裂纹源区。B区为灰白色,在外加拉应力的作用下,中心裂纹呈放射状向外扩展;C区为灰色,为在放射区的外围厚度为1.8mm的圆环区,组织致密,呈细瓷状,所有断口四周未发现氧化及污染痕迹,这表明裂纹是在冷拔过程中产生。根据断口形貌特征,裂纹的走向是由心部向外延伸至表面。
断口电镜分析:
图3 (A区)纤维区
对断口的3个区域,分别进行扫描电镜观察,从中可以看出,在A区(图3),
有较多的显微空洞及夹杂物,唇状裂纹是由显微空洞在外力而作用下,逐渐扩展最后连接造成形成,说明此部位为材料断裂的起源;B区(图4)裂纹扩展区的微观形貌特征为较浅韧窝+少量解理+撕裂棱,具有河流花特征,裂纹扩展有方向性表明材料韧性不高,C区(图5)为瞬断区,形貌为等轴韧窝+撕裂棱,