某公司生產(chǎn)的鉸鏈梁，在制造過(guò)程中出現(xiàn)了開(kāi)裂現(xiàn)象。鉸鏈梁材質(zhì)為ZG35CrMo鋼。該合金鋼具有淬透性好，綜合力學(xué)性能高，回火脆性不明顯且價(jià)格低廉等特點(diǎn)。在齒輪、轉(zhuǎn)軸等重大零件中得到了廣泛應(yīng)用。ZG35CrMo鉸鏈梁主要生產(chǎn)工藝流程為：砂型鑄造一粗加工一調(diào)質(zhì)處理一精加工。在精加T的時(shí)候發(fā)現(xiàn)開(kāi)裂。開(kāi)裂件宏觀形貌見(jiàn)圖1，開(kāi)裂部位在其內(nèi)孔孔壁邊緣，裂紋擴(kuò)展方向?yàn)閺较?。本文旨在通過(guò)化學(xué)成分分析、力學(xué)性能分析、金相分析、掃描電鏡及能譜分析等來(lái)確定引起該鉸鏈梁開(kāi)裂原因。

1理化檢驗(yàn)

1.1化學(xué)成分

采用美國(guó)LeemanProdigyXP全譜直讀ICP發(fā)射光譜儀對(duì)零件材質(zhì)進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果如表1所示。表中也列舉了ZG35CrMo鋼作為鉸鏈梁對(duì)化學(xué)成分的技術(shù)要求。

從鋼材化學(xué)成分的技術(shù)要求來(lái)看，材質(zhì)中Si元素偏高，Mo元素偏低，不符合要求。

1.2力學(xué)性能

在鉸鏈梁缸體的孔內(nèi)壁及壁厚約1/4處分別取樣，進(jìn)行拉伸及沖擊試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。從表可以發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是邊緣還是心部，材料韌性均較低，不滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。

1.3金相組織分析

為了具體分析引起材料性能變差的內(nèi)部機(jī)理，分別對(duì)孔內(nèi)壁裂紋附近及裂紋尖端附近取樣，進(jìn)行金相組織觀察（圖2），組織為珠光體+塊狀鐵素體+魏氏鐵素體，組織粗大。

孔內(nèi)壁處及壁厚約1/4處金相組織形態(tài)見(jiàn)圖3。組織為珠光體+塊狀鐵素體+魏氏鐵素體+粒狀組織，組織粗大。對(duì)夾雜物進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)，試樣中夾雜物數(shù)量較多，且部分夾雜物集中分布，見(jiàn)圖4。

1.4裂紋及斷口分析

1.4.1裂紋形態(tài)分析

從裂紋的宏觀形態(tài)圖l(b)可以看出，裂紋在內(nèi)孔內(nèi)壁處張開(kāi)較大，而越向壁厚深處發(fā)展，裂紋越細(xì)，可以初步確定裂紋起始于孔內(nèi)壁。分別在裂紋起始區(qū)及裂紋尖端區(qū)截取金相試樣，其拋光態(tài)特征見(jiàn)圖5?？梢钥闯觯鸭y的擴(kuò)展路線上有較多夾雜物或顯微縮孔。X-射線能譜分析結(jié)果表明，夾雜物主要為Al、Ca、Mg、Si等的氧化物及MnS夾雜，見(jiàn)圖6。

1.4.2原始斷口分析

為了觀察裂紋的斷裂特征，需將裂紋打開(kāi)，以露出其斷面。裂紋源區(qū)外觀及掰開(kāi)后斷口宏觀形貌見(jiàn)圖7，很明顯，裂紋起源于孔內(nèi)壁表層，裂紋源區(qū)即為圖7(b)中深色的半圓形區(qū)域。

掃描電鏡觀察的裂紋源區(qū)低倍形貌見(jiàn)圖8，斷面上密集分布著許多縮松類(lèi)鑄造缺陷。對(duì)源區(qū)夾雜物進(jìn)行了能譜分析（圖9），主要為氧化物及硫化物夾雜。裂紋擴(kuò)展區(qū)斷口微觀形貌見(jiàn)圖10，主要為解理特征，解理面一般較大，說(shuō)明材料組織較為粗大。

1.4.3沖擊斷口分析

從材料力學(xué)性能測(cè)試發(fā)現(xiàn)，材料韌性偏低，因此對(duì)沖擊斷口進(jìn)行分析，以找出韌性偏低的原因?？變?nèi)壁附近區(qū)域沖擊斷口低倍及高倍形貌見(jiàn)圖11;壁厚1/4處沖擊斷口低倍及高倍形貌見(jiàn)圖12。兩個(gè)斷口形貌相似，均主要為脆性特征，微觀形貌呈解理特征，解理面較大，反映出粗大的晶粒及魏氏組織特征。

2討論與分析

ZG35CrMo鋼是Cr-Mo系中碳調(diào)質(zhì)鋼，其最終的熱處理狀態(tài)為調(diào)質(zhì)態(tài)，這樣才能保證材料具有較好的綜合性能。正常情況下，調(diào)質(zhì)后材料的金相組織應(yīng)為回火索氏體。但是該鉸鏈梁，無(wú)論是鑄件表面部分（裂紋源所在區(qū)域），還是鑄件的內(nèi)部，其金相組織均為珠光體+塊狀鐵素體+魏氏體，且組織粗大，說(shuō)明該區(qū)組織未達(dá)到調(diào)質(zhì)處理的要求。從其組織特征看，若經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理，則處理時(shí)的淬火溫度未達(dá)到奧氏體區(qū)，仍處于兩相區(qū)，或者根本就未經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理。組織的粗大和魏氏組織的存在，使材料的綜合性能尤其是韌性大大降低，而脆性明顯增加。裂紋斷口及沖擊斷口均表現(xiàn)出明顯的脆性特征。另外，各區(qū)力學(xué)性能波動(dòng)較大，說(shuō)明鑄件各區(qū)不均勻。為了消除鑄造應(yīng)力，并使組織更均勻，晶粒細(xì)化，為后期處理提供合適的組織，一般鑄件在鑄造后、調(diào)質(zhì)處理前要進(jìn)行1道退火或正火處理。

鑄件存在大量的氧化物和硫化物夾雜也是引發(fā)裂紋的主要原因，這些缺陷的存在造成了基體的不連續(xù)，在應(yīng)力作用下，這些缺陷區(qū)往往會(huì)優(yōu)先形成微裂紋。

3結(jié)論

通過(guò)以上討論分析可以發(fā)現(xiàn)，該鉸鏈梁缸體斷裂的主要原因是鑄件中有大量夾雜物和非調(diào)質(zhì)組織，以及在鑄造過(guò)程中形成的縮松等鑄造缺陷。在應(yīng)力作用下，造成裂紋的產(chǎn)生與擴(kuò)展。