5CrNiMo热环轧芯辊断裂失效分析

发布时间：2019-10-11 15:14

【摘要】：针对5CrNiMo芯辊在环件轧制过程中出现的断裂失效问题,采用断口宏观和微观形貌观察、化学成分检测、金相检验和硬度测试等方法对断裂芯辊进行分析。在理化试验的基础上,运用微观断裂机理和数值模拟对芯辊的断裂原因进行分析。研究结果表明,5CrNiMo芯辊断裂的原因是由于芯辊热处理不当,导致芯辊表面疲劳抗力低,在环件轧制过程中承受循环应力而在表面形成疲劳源并逐步扩展,最终导致芯辊断裂。因此提出严格控制芯辊的热处理工艺参数和采用表面喷丸来提高芯辊疲劳寿命的解决措施。
【图文】：

断裂位置,宏观断口,试件,试样

1.1外观及断口宏观观察芯辊断裂位置如图1a所示，失效区域在芯辊工作区域的中间部分。芯辊宏观断口如图1b所示，断面70%以上区域与轴线基本垂直，较平坦，且无金属光泽，断面可见明显的“沙滩花样”，未见剪切唇，分析认为属于疲劳断口，疲劳源位于芯辊表面，并向内逐渐扩展。根据疲劳断口的形态判断所受负荷为旋转弯曲载荷［6］。1.2化学成分检测在断裂芯辊上取样，进行化学成分检测，结果见表1，芯辊化学成分符合5CrNiMo的技术要求。图1试件断裂位置(a)和宏观断口(b)ig.1Fractureregion(a)andmacroscopefractography(b)ofparts表1芯辊化学成分(%，质量分数)Table1Chemicalcompositionofcoreroller(%，massfraction)元素CSiMnPSCrMo检测含量0.540.210.600.0110.020.630.2标准含量0.50～0.60≤0.400.50～0.80≤0.030≤0.0300.50～0.800.15～0.301.3断口微观观察在断口裂纹源、扩展区和瞬断区取样，分别标记为A、B和C，取样位置见图1b。样品经超声波清洗后放入TESCAN－VEGA3－LMH型扫描电镜进行观察。在高倍镜下观察试样A，形貌为解理，见图2a;试样B形貌为准解理，见图2b;试样C形貌为韧窝，见图2c。故可得出，疲劳源为解理开裂，扩展区为准解理开裂，瞬断区为韧窝开裂。图23个试样的断口形貌(a)试样A(b)试样B(c)试样CFig.2Fracturemorphologiesofthreesamples(a)SampleA(b)SampleB(c)SampleC1.4金相组织观察对A、B、C这3个试样磨抛后，使用4%硝酸酒精腐蚀，采用OLYMPUS-PME3型光学显微镜进行观察，其显微组织见图3。试样A与试样C的金相组织相似，均为大量的回火马氏体+少量残余奥氏体，而试样B则为等量的回火马氏体+残余奥氏体。1.5硬度检测采用HＲD－150电动洛氏硬度计分别在3个试样A、B、C上测量硬度，结?

断口形貌,断口形貌,试样

Table1Chemicalcompositionofcoreroller(%，massfraction)元素CSiMnPSCrMo检测含量0.540.210.600.0110.020.630.2标准含量0.50～0.60≤0.400.50～0.80≤0.030≤0.0300.50～0.800.15～0.301.3断口微观观察在断口裂纹源、扩展区和瞬断区取样，分别标记为A、B和C，取样位置见图1b。样品经超声波清洗后放入TESCAN－VEGA3－LMH型扫描电镜进行观察。在高倍镜下观察试样A，形貌为解理，见图2a;试样B形貌为准解理，见图2b;试样C形貌为韧窝，见图2c。故可得出，，疲劳源为解理开裂，扩展区为准解理开裂，瞬断区为韧窝开裂。图23个试样的断口形貌(a)试样A(b)试样B(c)试样CFig.2Fracturemorphologiesofthreesamples(a)SampleA(b)SampleB(c)SampleC1.4金相组织观察对A、B、C这3个试样磨抛后，使用4%硝酸酒精腐蚀，采用OLYMPUS-PME3型光学显微镜进行观察，其显微组织见图3。试样A与试样C的金相组织相似，均为大量的回火马氏体+少量残余奥氏体，而试样B则为等量的回火马氏体+残余奥氏体。1.5硬度检测采用HＲD－150电动洛氏硬度计分别在3个试样A、B、C上测量硬度，结果见表2，芯辊硬度未达到设计要求的40～45HＲC。146锻压技术第40卷
【作者单位】：重庆电子工程职业学院;
【分类号】：TG335.11;TG115

【参考文献】