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1  35CrMnSi銷軌結(jié)構(gòu)分析

    銷軌鑄件是某煤礦刮板輸送機(jī)零件，外觀尺寸為

650 mm×250 mm×300 mm，材質(zhì)為ZG35CrMnSi鋼，采用消失模鑄造。35CrMnSi鋼屬于低合金結(jié)構(gòu)鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，具有良好的強韌性。在使用過程中發(fā)現(xiàn)，鑄件成批斷裂，見圖1。

該鑄件的具體鑄造工藝如下：熔煉脫氧后在1  600～1 630℃靜置3～5 min，澆注溫度為1 590～1 620℃，較砂型鑄造稍高，利于消失模氣化。模樣采用EPS板材電熱絲切割、粘結(jié)而成，EPS密度為32kg/m3，粒徑為0. 5～0.6 mm。采用棕剛玉消失模專用涂料，棕剛玉粒度為200目，涂層厚度為1.0～1.2mm，涂料透氣性滿足要求。采用側(cè)注式澆注系統(tǒng)。造型過程為：模樣放入砂箱一填砂造型一振動緊實一抽真空一澆注。真空系統(tǒng)采用水環(huán)式真空泵，側(cè)抽式砂箱，真空度為-0. 053～-0. 067 MPa。

2  35CrMnSi銷軌斷裂失效分析

2.1  宏觀斷口分析

    宏觀斷口采用隨鑄件一起澆注的抗拉試棒來觀察，試棒未經(jīng)任何處理。試樣斷口宏觀形貌見圖2，發(fā)現(xiàn)斷口類似蜂窩狀，組織粗大，觀察到夾雜或者夾渣，從斷口判斷為脆性斷裂。

2.2微觀斷口分析

    在未經(jīng)腐蝕的條件下，試樣拋光后，在光學(xué)顯微鏡下可觀察到大量非金屬夾雜、個別夾帶孔洞和裂紋，見圖3。

    用試棒制成Φ15 mm×15 mm的試樣，進(jìn)行粗磨、細(xì)磨、拋光，然后采用體積分?jǐn)?shù)為4%的硝酸酒精腐蝕獲得金相試樣，并在金相顯微鏡下進(jìn)行觀察。

    35CrMnSi銷軌的金相顯微組織見圖4。試樣同樣存在大量夾雜，個別夾雜帶有孔洞。同時，組織不是很均勻，有條狀或者類似針狀組織，局部有一定方向性。

    經(jīng)觀察分析，鑄件斷裂主要由夾渣引起的，一是冶煉時脫氧不良引起的，二是泡沫模樣氣化后生成大量氣體和因氣化不足而產(chǎn)生殘渣。

2.3化學(xué)成分分析

    在鑄件斷口位置取樣，測得其化學(xué)成分見表1。由表1可見，試樣中C、Mn、Si含量偏高，而Cr含量偏低。

C含量越高，硬度、耐磨性越高，但塑性和韌性降低，冷脆傾向性和時效傾向性也有提高；Mn含量過高，對鑄鋼基體產(chǎn)生固溶強化作用，提高了其強度和硬度，但降低了其韌性，并且Mn含量的增加會促進(jìn)奧氏體晶粒長大，導(dǎo)致鋼的力學(xué)性能降低，特別是韌性下降，甚至可造成在淬火時形成裂紋。Si在鋼中能細(xì)化晶粒、提高鋼的淬透性、強度與硬度、耐熱性與耐腐蝕性能，但過高會容易產(chǎn)生晶界偏聚從而引起綜合力學(xué)性能下降，特別是韌性下降。根據(jù)常識，Mn、Si含量稍高不會引起塑性和韌性的大幅降低。Cr含量過低，對其力學(xué)性能不利，但對塑性和韌性沒有不良影響。

2.4  力學(xué)性能測試

    測試了試樣的抗拉強度和硬度，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為GB/T228-2002，標(biāo)距為50 mm，試樣直徑為10 mm，規(guī)定非比例伸長率為0. 20%，最大拉伸力Fm為70.58 kN，抗拉強度為900 MPa，彈性模量為74. 94 GPa，試驗測得的拉伸力一位移曲線見圖6。

    拉伸過程中，試樣幾乎未發(fā)生屈服現(xiàn)象，也無頸縮現(xiàn)象（斷口形貌見圖7），斷裂時伸長率為9.4%。斷口形貌（見圖7）與產(chǎn)品的斷口（見圖2）一樣。平均硬度(HRB)為235，滿足要求。

3  改進(jìn)措施

銷軌鑄件斷裂的主要原因是增碳和夾渣，結(jié)合前述的具體鑄造工藝，提出以下預(yù)防措施：①在煉鋼配料時適當(dāng)降低C含量，可以配在標(biāo)準(zhǔn)成分的下限以下。因為在消失模鑄造時，會產(chǎn)生增碳現(xiàn)象且增碳無規(guī)律，鑄件斷裂與增碳導(dǎo)致塑性下降、脆性增加有極大的關(guān)系；②選用低密度的材料，如用EPS-PMMA或者PMMA替代EPS模樣；③采用空心的模樣結(jié)構(gòu)，或者在消失模鑄造工藝中先預(yù)先氣化然后澆注，或改用砂型鑄造工藝；④Mn、Si和Cr等合金元素在煉鋼配料時配成標(biāo)準(zhǔn)成分的中限或者接近上限，保證鑄件成分合格。

4、摘要

利用宏觀及微觀斷口分析、成分分析、力學(xué)性能測試對消失模鑄造生產(chǎn)的ZG35CrMnSi鋼銷軌斷裂進(jìn)行失效分析。結(jié)果顯示，ZG35CrMnSi鋼銷軌斷裂的宏觀組織和顯微組織含有大量的夾渣，C、Si及Mn超出標(biāo)準(zhǔn)成分上限較多，塑性、韌性不足，從而導(dǎo)致ZG35CrMnSi鋼銷軌成批脆性斷裂。在采用低密度的EPS-PMMA或者PMMA制作模樣，采用空心的模樣結(jié)構(gòu)或改用砂型鑄造工藝，并嚴(yán)格控制該鑄件的化學(xué)成分，減少夾渣，提高其塑性和韌性，避免脆性斷裂。