Het voorkomen van scheuren door warmtebehandeling bij werkstukken van assen: Analyse van de oorzaak en preventie

1. Preambule

42Hm is een hoogvast gelegeerd staal dat bekend staat om zijn uitstekende mechanische eigenschappen zoals hoge sterkte en taaiheid, goede hardbaarheid en afwezigheid van brosheid.

Na afschrikken en ontlaten vertoont het een hoge vermoeiingsgrens, slagvastheid en een goede slagvastheid bij lage temperaturen, waardoor het ideaal is voor de productie van grote en middelgrote stalen onderdelen die zowel sterkte als taaiheid vereisen.

Ons bedrijf heeft 42CrMo staal gekozen om een grote spil te maken en het productieproces omvat de volgende stappen: blank smeden, normaliseren, ruw bewerken, afschrikken en ontlaten, afwerken, inductieharden en slijpen.

De spilstructuur wordt geïllustreerd in Figuur 1.

Fig. 1 Draaistructuur

2. Overzicht van defecte onderdelen

Tijdens de afschrik-, ontlaat- en afschrikprocessen kunnen scheuren ontstaan op de scharnieras.

De scheur verschijnt meestal in het overgangsbooggebied tussen de wortel van de scharnieras en de flens.

De volledige scharnieras breekt in radiale richting en loopt door tot de grote eindflens.

De scharnieras kan volledig barsten. Raadpleeg Fig. 2 voor de vorm en locatie van de scheur.

Fig. 2 Scheurmorfologie na afschrikken, ontlaten en afschrikken

De afschrikken en temperen Het proces voor dit stuk houdt in dat het 3 uur lang op 840 ℃ wordt gehouden, gevolgd door het afkoelen met olie zodra het uit de oven wordt gehaald. De afschriktijd is 30 minuten en er wordt Houghton K olie gebruikt als de blusolie.

Er zijn verschillende partijen van dit product geproduceerd zonder barsten.

Om de oorzaken van scheuren te analyseren, werd een gescheurd werkstuk bemonsterd bij de grote eindflens en werden de chemische samenstelling, metallografische structuur en scheuren geanalyseerd. Er werden monsters genomen van de scheur in de flens (zie Fig. 3) voor analyse.

Fig. 3 Monstername bij flens

Zie Tabel 1 voor analyseresultaten chemische samenstelling

Tabel 1 Chemische samenstelling (massafractie) van 42CrMo Stalen draaipunt (%)

De metallografische structuur wordt getoond in Fig. 4.

Fig. 4 Metallografische structuur van scheur en oppervlak

De analyseresultaten geven aan dat de chemische samenstelling van het 42CrMo staal voldoet aan de technische eisen. De gemeten oppervlaktehardheid is 296HBW, wat binnen het vereiste bereik van 277-331HBW valt. De metallografische structuur is getemperd sorbiet en de centrale structuur is getemperd sorbiet+ferriet.

De scheur in het werkstuk is boogvormig en er is geen ontkoling aan weerszijden van de scheur, wat aangeeft dat er geen scheur was vóór het afschrikken en ontlaten en er werden geen andere afwijkingen waargenomen.

De fysische en chemische analisten schrijven de scheur toe aan overmatige spanning tijdens het afschrikken, ontlaten en afschrikken, gebaseerd op het monster.

Echter, vanwege de grootte van het stuk en de uitdaging om monsters te nemen, suggereert de auteur dat de snijpositie van het monster eerder het scheurgroeigebied kan zijn dan de scheurinitiatieplaats en dat verdere analyse nodig is.

Omdat de scheurbron niet kan worden geïdentificeerd via het breukvlak, wordt voorgesteld om het werkstuk te snijden om de scheurbron te lokaliseren. Vlam of plasmasnijden kan van invloed zijn op de plaats van de breuk, dus wordt draadsnijden aanbevolen om de plaats van de breuk bij de asovergang van het defecte onderdeel door te snijden.

Wanneer de insnijding 1/3 van de diameter bereikt, breekt de scharnieras in twee delen, waardoor verdere analyse van de oorzaak van de scheur mogelijk wordt.

3. Analyse van scheuroorzaken

De breukmorfologie na het draadsnijden wordt getoond in Fig. 5.

Fig. 5 Scheurbreukpositie na draadsnijden

Het midden van de breuk ziet er bruin uit, terwijl het buitenste deel een normale metaalkleuring vertoont. De bruine verkleuring in het midden is abnormaal en wordt waarschijnlijk veroorzaakt door oxidatie.

Analyse geeft aan dat er waarschijnlijk scheuren in het midden van het onderdeel waren voorafgaand aan het afschrikken, ontlaten en de daaropvolgende smeed-, normaliseer- en afschrikprocessen. De scheuren zouden oxidatie hebben ondergaan tijdens deze processen, wat leidde tot de bruine verkleuring.

Om deze hypothese te bevestigen werd een monster genomen uit het bruine gebied en geanalyseerd. Het monster werd vanuit het midden in axiale richting gesneden. Na het doorsnijden en bewerken werd ontdekt dat er talrijke scheuren radiaal verdeeld waren, zoals afgebeeld in figuur 6.

Fig. 6 Locatie van de scheurbreuk

De analyse van het monster toont aan dat het monster een duidelijke bandstructuur heeft (graad 4), zoals getoond in Fig. 7.

Fig. 7 Metallografische structuur van het scheurcentrum

De scheuren, die meervoudig en ongeveer parallel zijn, zijn verdeeld langs de richting van de bandstructuur en loodrecht op de smeedrichting.

De auteur gelooft dat er scheuren aanwezig waren vóór het afschrikken en ontlaten van de scharnieras, en dat deze scheuren zich in het midden bevonden, zonder zichtbare scheuren aan het oppervlak.

Tijdens het afschrik- en ontlaatproces breidden de scheuren zich uit door de invloed van organisatorische en thermische spanning, waarbij de bandstructuur ook een rol speelde.

Daarom is het nodig om een verdere analyse uit te voeren om te bepalen of er problemen waren zoals onvoldoende smeedtemperatuur en onredelijke smeedratio tijdens het smeedproces.

Om te voorkomen dat defecte onderdelen op de markt zouden komen, werden producten in het proces grondig onderzocht.

Alle producten tijdens het proces werden onderworpen aan NDO-tests met een ultrasone foutdetector.

Na onderzoek werden twee abnormale producten ontdekt en werden de productieserienummers gecontroleerd.

De productieserienummers van de twee abnormale producten bleken deel uit te maken van dezelfde partij gesmede producten die de gescheurde onderdelen bevatten.

Om de vroege analyse en beoordeling te valideren, werd draadsnijden uitgevoerd op de abnormale delen die langs de axiale richting gevonden werden.

Het snijvlak toonde duidelijk de aanwezigheid van verschillende gedetailleerde scheuren, die loodrecht op de smeedrichting stonden, zoals geïllustreerd in Fig. 8.

Fig. 8 Snijvlak van defecte onderdelen

Door verdere verificatie werd vastgesteld dat de scheur was ontstaan tijdens het smeden.

4. Conclusie

1） De breuk van de scharnieras kan direct worden toegeschreven aan de smeedscheur die gevormd werd tijdens het smeedproces van het stuk. Deze scheur breidde zich uit tijdens het afschrikken en ontlaten en de aanwezigheid van een bandstructuur droeg ook bij aan de groei ervan.

2）Wanneer je een foutenanalyse uitvoert, is het belangrijk om zorgvuldig de bron van de scheur te lokaliseren. Verschillende bemonsteringslocaties kunnen de analyseresultaten aanzienlijk beïnvloeden. Daarom is het essentieel om de oorzaak vanaf de bron te analyseren en te identificeren om verkeerde richtingen te voorkomen.

3） Het versterken van de inkomende inspectie van grondstoffen is cruciaal om te voorkomen dat defecte onderdelen het productieproces binnenkomen.