分享：ZG１５Cr２Mo１合金铸件吊耳断裂原因分析

张 锦,仇国民,黄思琪,马荣华

(宁夏共享装备股份有限公司 检测中心,银川 ７５００２１)

    摘 要:某ZG１５Cr２Mo１合金铸件吊耳在吊运过程中发生断裂,通过宏观观察、化学成分分析、力学性能测试、金相检验、高温拉伸试验、蠕变试验等方法对吊耳断裂原因进行了分析.结果表明:该铸件吊耳本身晶粒粗大,冲击吸收能量低,且过渡圆角小,应力在该处集中,加之在铸件吊运过程中操作不当,使得吊耳受到撞击而断裂.

    关键词:合金铸件;吊耳;断裂;晶粒粗大;应力集中

    中图分类号:U４６５．１＋２ 文献标志码:B 文章编号:１００１Ｇ４０１２(２０１８)０７Ｇ０５１２Ｇ０３ZG１５Cr２Mo１合金铸钢材料,具有较高的强度、塑性和韧性,在重型机械中用于制造承受大负荷的零件[１Ｇ３].这种大负荷的零件体积和质量都较大,在铸造完成后的转运、安装过程中需要吊运,常常会发生铸态吊耳齐根断裂现象,给生产安全造成了极大的隐患.某ZG１５Cr２Mo１合金铸件吊耳在吊运过程中发生断裂,笔者通过一系列的理化检验和分析,对吊耳断裂的原因进行了分析,为生产工艺改进提供依据,以确保产品的生产质量.

１ 理化检验

１．１ 宏观观察

    图１为 ZG１５Cr２Mo１ 合金铸件吊耳的断口宏观形貌,可见断口平齐发亮,晶粒较粗,呈现脆性断ZG１５Cr２Mo１合金铸钢材料,具有较高的强度、塑性和韧性,在重型机械中用于制造承受大负荷的零件[１Ｇ３].这种大负荷的零件体积和质量都较大,在铸造完成后的转运、安装过程中需要吊运,常常会发生铸态吊耳齐根断裂现象,给生产安全造成了极大的隐患.某ZG１５Cr２Mo１合金铸件吊耳在吊运过程中发生断裂,笔者通过一系列的理化检验和分析,对吊耳断裂的原因进行了分析,为生产工艺改进提供依据,以确保产品的生产质量.

１．２ 化学成分分析

    在断裂吊耳断口处取样进行化学成分分析,结果见表１.可见断裂吊耳的各元素含量均符合相关标准技术要求.

１．３ 力学性能测试

    按 照 图２取１号 和２Ｇ１号 试 样 进 行 室 温 拉 伸 试验,取３Ｇ１号试样对其热处理(９５０ ℃保温４h后风冷,再７００ ℃高温回火)后再进行室温拉伸试验,结果见表２.可见未热处理的断裂吊耳的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率均不符合相关标准技术要求,且相比热处理后的力学性能,吊耳铸态时的强度、硬度均较低.取４号和２Ｇ２号试样进行冲击试验,冲击吸收能量分别为６．７,７．７J;取３Ｇ２号试样对其热处理后再进行冲击试验,冲击吸收能量为９３J.可见热处理后,吊耳的冲击吸收能量有了极大的提高.说明该吊耳材料铸态下的综合力学性能远低于热处理后的,在受到挤压、冲击后易发生脆性断裂.

１．４ 金相检验

     对断裂吊耳进行金相检验,结果如图３所示,可 见其显微组织为珠光体＋铁素体＋少量点状夹杂 物.技术要求晶粒度级别不小于６级,实际为３级. 同一吊耳试样在微观下不同颜色部位的显微硬度不 同,如图４所示. 

    断裂吊耳的显微组织说明该铸件在型腔内冷速 过慢,形核较少,导致晶粒粗大,晶界成分偏析;且相变过程中合金扩散,合金元素含量不同造成珠光体颜色和硬度的不同,其他白色显微组织为铁素体.断裂吊耳热处理后的显微组织形貌如图 ５ 所示,为贝氏体＋少量铁素体.

１．５ 高温拉伸试验

    在断裂吊耳上取样,对其进行高温(２６０ ℃)拉伸试验,结果见表３.可见在２６０ ℃下断裂吊耳的抗 拉强度达５００MPa以上,５０％脆断面积时温度均满足低于７９ ℃的要求.

１．６ 蠕变试验

    在断裂吊耳上取样,对其在不同温度和应力条件下进行蠕变试验,结果见表４.可见断裂吊耳在不同温度和应力下蠕变的持续时间均达１００h以上.

２ 分析与讨论 

   通过以上理化检验可知:该吊耳的组织晶粒粗 大,是浇铸温度偏高、保温时间过长造成的,导致吊耳 韧性很差;再加上该吊耳的过渡圆角小,应力在该处 集中,吊耳在吊运过程中受到撞击而发生脆断.铸件 本身重力一部分分解成垂直吊耳的冲击力,另一部分 分解成平行吊耳的挤压力,这些合力造成吊耳受冲击 和挤压作用而沿粗大的晶界发生脆性断裂[４Ｇ５]. 

３ 结论及建议

    该断裂吊耳本身晶粒粗大,冲击吸收能量低,且 吊耳过渡圆角半径小,应力在该处集中,在铸件吊运 过程中操作不当,使得吊耳受到撞击而断裂. 建议严格控制铸件浇铸温度、保温时间等,避免 铸件组织粗大;适当加大吊耳根部的过渡圆角;规范 铸件吊运操作,轻起轻放,避免吊运不当使得吊耳受 到撞击.