拉紧轮铸件裂纹分析

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摘 要：某公司生产的铸件拉紧轮，水韧处理后内孔发现裂纹。试验分析发现，铸件内部存在热裂纹，心部组织系残留铸态组织，有大量未溶碳化物。结果表明：拉紧轮开裂系铸件工艺不佳，浇注温度偏高，产生内部热裂纹，加之碳化物沿晶分布增大脆性，水韧处理时，内部热裂纹在内应力作用下，扩展至表面所致。

关键词：热裂纹；水韧处理；浇注温度；碳化物

1.引言

某公司生产的铸件产品拉紧轮，材质为WKZGMn13Mo。主要生产工序为浇注保温落沙去毛刺打磨水韧处理等，水韧处理后操作人员发现内孔处有裂纹，对其开裂原因进行试验分析。

2.试验分析

2.1 宏观试验分析

裂纹开裂区域位于铸件本体浇冒口附近，内孔中间位置，基本呈线型沿纵向分三条断续分布。裂纹总长约40～50㎝，开口宽度约4㎜，裂纹形态宽窄不一，尖端尖细。低倍试片边缘特别粗大的柱状晶及心部粗等轴晶，中心区域曲折分布的大裂纹及多处酸蚀后呈“豆腐渣状”掉块，裂纹旁还可观察到粗大枝晶偏析及疏松不致密区域。断口为纤维状，裂纹与基体过渡处显示为枝晶偏析断口上还观察到大量二次小裂纹。试验结果表明，铸件浇注温度偏高，枝晶偏析及疏松严重，

2.2 化学成分分析

铸件本体表面及中心化学成分符合WKZGMn13Mo材质要求，

2.3 微观试验分析

试样在抛光状态下观察，有大量密集分布的铸态疏松，沿晶分布。经4%硝酸酒精溶液浸湿后，组织为奥氏体+少量碳化物+屈氏体+层片状组织+羽毛状贝氏体 +针状马氏体，碳化物为未溶碳化物，呈大块状及羽毛状沿晶界呈网状分布，可知，水韧处理不佳，为残留铸态组织，见图4～图5所示。裂纹区域为大量密集串联状分布的铸态疏松，呈堆分布，裂纹旁组织为奥氏体+少量碳化物，晶粒度为00级大晶粒，疏松区域裂纹微观呈典型沿晶分布，结果表明，裂纹为典型铸件热裂纹，系串连状疏松割断金属基体连续性所致。

3.讨论与分析

3.1 拉紧轮化学成分符合WKZGMn13Mo要求。铸件晶粒度00级，呈特别粗大的柱状晶形态，表明浇注温度偏高。心部组织为典型残留铸态组织，表明水韧处理不佳。

3.2拉紧轮铸件裂纹开裂区域位于铸件本体浇冒口附近，内孔中间位置，裂纹形态宽窄不一，尖端尖细。与裂纹紧邻低倍试片显示为严重长大的柱状晶组织和心部粗等轴晶，试片裂纹旁粗大枝晶偏析及疏松不致密区域，断口显示为枝晶偏析及疏松，微观裂纹为串状聚集分布的疏松孔洞，裂纹沿晶界分布，属典型热裂纹形态。这一系列特征均表明裂纹系浇注温度高，导致铸件收缩应力增大，尤其是晶粒度粗大，柱状晶严重，大大削弱钢的强度，引起浇注过程中产生热裂纹所致。

3.3 高锰钢铸件线收缩值大，导热系数低，在凝固过程中各部位温差大，造成热应力大。高锰钢在凝固过程中，在结晶时容易形成粗晶及柱状晶尤其晶界上存在脆性碳化物，降低高锰钢铸件强度，在疏松周围，粗大枝晶偏析间产生的开口不能被液体金属充满，则形成裂纹。当铸件落沙过程中不恰当的工艺及操作，以及水韧处理时形成内应力，均易使内裂扩展至表面，形成最终看到的内孔裂纹。

4.结论

4.1 拉紧轮铸件化学成分合格。

4.2 拉紧轮铸件浇注温度高，晶粒粗大，疏松及枝晶偏析严重。

4.3拉紧轮水韧处理不佳，心部组织属典型残留铸态组织。

4.4 拉紧轮铸件裂纹为典型内部热裂纹扩展至表面所致。开裂原因系铸造工艺不佳，浇注温度偏高等原因使铸件产生内部热裂纹，加之碳化物沿晶分布增大脆性，在水韧处理形成的内应力作用下扩展至表面所致。（作者单位：太原重工理化检定中心）

参考文献

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[2] 张 栋，钟培道，陆春虎，雷祖圣.失效分析[M].国防工业出版社

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