00Cr13Ni6MoNb锻件开裂原因分析

刘 洁 刘建生 党淑娥

(太原科技大学材料科学与工程学院，山西030024)

00Cr13Ni6MoNb锻件开裂原因分析

刘 洁 刘建生 党淑娥

(太原科技大学材料科学与工程学院，山西030024)

通过金相分析、拉伸断口形貌及能谱分析，发现00Cr13Ni6MoNb锻件开裂原因为粒状第二相晶界偏聚，使晶界弱化，引起沿晶脆性断裂。

00Cr13Ni6MoNb锻件；裂纹；金相分析

热处理和锻造作为改变零件形状、提高材料性能、保证良好组织及应力状态的重要方法，在生产中得到了广泛的应用。然而热处理工艺不当、锻造方法的缺陷都会对其性能的改善造成不良的后果。本文分析开裂锻件原始坯料组织、拉伸断口裂纹形貌及分布、第二相的大小、类型、形态等，找出断裂的主要原因，为工艺优化提供理论依据。

1 金相分析

1.1 实验过程

对锻后热处理(720℃时效)断裂试件取样(10 mm×10 mm×10 mm)，分别在边缘、中间和芯部取样，进行金相组织、裂纹形貌分析。

1.2 实验结果

由图1看出，裂纹呈现锯齿状的沿晶断裂。主裂纹边缘有明显氧化色，说明裂纹在热处理前的锻造过程或热处理加热过程中形成，未断裂的晶界上看到有粒状第二相析出。

图2为金相显微镜下观察到的裂纹附近的显微组织形貌。其组织由(板条+片状)马氏体、少量块状奥氏体及条状铁素体基体组成，板条状马氏体也属于位错马氏体。由于马氏体排列是平行的，加上边界清晰，所以对韧性有利，但是片状马氏体却不利于钢的性能，因此，热处理工艺应尽量使钢得到板条状马氏体。同时从图2可以看出，基体组织上分布有较多粒状第二相，而且粒状第二相在晶界上有偏聚现象。

图1 裂纹形貌Figure 1 Crack morphology

图2 裂纹附近显微组织形貌Figure 2 Microstructure near crack

将以上试样放在扫描电镜下进一步进行观察，得到该试样的扫描电镜照片，见图3。由图3(a)可以看出，裂纹是由试样内部产生，并沿着晶界锯齿形向外扩展。在主裂纹的周围有断续的沿晶微裂纹存在。这与金相显微镜下观察到的裂纹形貌相一致，表明该试样的断裂为典型的脆性沿晶断裂。由图3(b)和图3(c)看出，在晶界上有第二相破碎或脱落而形成的晶界空洞，这一现象也表明了晶界上有第二相存在，导致沿晶开裂。由图3(d)看出，合金基体中有大小不一的第二相质点析出，而且分布不均匀，第二相呈聚集态链状分布，从而产生淬火裂纹。

在扫描电镜下通过能谱进一步对第二相进行定性分析，结果见图4。能谱确定，第二相主要为富含Cr、Nb的第二相化合物，同时还有少量的氧化物和硫化物夹杂聚集其中。

图3 扫描电镜显微裂纹及组织形貌Figure 3 The morphology of microcrack and microstructure shown in scanning electron microscope

图4 能谱分析结果Figure 4 Energy spectrum analysis results

图5 拉伸断口形貌Figure 5 Morphology of tensile fracture

图6 拉伸断口能谱分析Figure 6 Energy spectrum analysis for tensile fracture

2 拉伸断口形貌的分析

2.1 实验过程

在锻后热处理开裂试件上提取拉伸试样，并制成3个∅10 mm的拉伸圆棒。在拉伸试验机上将其拉断，获得拉伸断口，采用扫描电镜观察其拉伸断口组织形貌，进一步分析断裂原因。

2.2 实验结果

图5为不同倍数下的拉伸断口形貌。可以看出，其为解理型及韧窝型的混合断裂形貌，同时发现有粒状第二相，但未发现有夹杂物存在。经能谱分析(图6)，确定第二相主要为富含Cr、Mo、Mn的化合物，也发现有极少量的有害杂质S、O的存在。结果表明，断裂原因主要系第二相析出所致。与上述分析相符。

3 结论

综合以上分析结果表明，00Cr13Ni6MoNi马氏体时效钢锻后热处理过程中断裂的主要原因系粒状第二相晶界偏聚，使晶界弱化，引起沿晶脆性断裂。片状马氏体、少量铁素体的存在、较多第二相的析出及第二相的不均匀分布造成了合金基体塑韧性降低，增大了脆性断裂的倾向。

[1] 郭会光.着力提高我国大型锻造的现代化水平[J]. 大型铸锻件，2003，(2):8-9.

[2] 王海春，张一，邵晋德.00Cr13Ni6MoNb马氏体时效不锈钢研究[J].上海冶金，1979,1(1):92-99.

[3] 王海春，邵晋德.00Cr13Ni6MoNb马氏体时效不锈钢工业规模实验研究[J].上海冶金，1979.

[4] 王春路.淬火温度对00Cr13Ni6MoNb不锈钢组织和性能的影响[J].抗氧科技，1997.

[5] 苑淑敏，辛士进，吴洪海.热处理工艺对20CrMnMo钢组织与性能的影响[J].兵器材料科学与工程，2010:33(5)：94-95.

[6] 刘翔.热处理工艺对20CrMnTi齿轮组织与性能的影响[J].科技资讯，2010.

编辑 杜青泉

Research on Cracking Reason of 00Cr13Ni6MoNb Forging

LiuJie，LiuJiansheng，DangShu’e

By means of metallurgical analysis, tensile fracture morphology and energy spectrum analysis, the reason of forging cracking is granular secondary phase grain boundary segregation, which make grain boundary weaken and cause intergranular brittle fracture.

00Cr13Ni6MoNb forging；crack； metallurgical analysis

2013—11—26

TG316.1+92

A