42CrMo钢锻件的白点研究

阿斯米

    42CrMo钢属于合金结构钢中的铬钼钢，由于具有良好的综合力学性能、较高淬透性和热加工工艺好的优点，主要用于制造强度要求较高或调质断面较大的锻件，如机车牵引用的大齿轮、增压器传动齿轮，后轴、弹簧、发动机气缸等。但实践证明，42CrMo钢很容易产生白点，白点的存在严重破坏钢的力学性能，导致大锻件的塑性降低，热处理淬火时容易导致锻件开裂，在使用中极易发生脆性断裂。


    42CrMo钢的生产工艺路线为：EAF电炉冶炼→LF精炼→浇注→入坑缓冷→脱模→加热→锻压→正火+调质处理。
   42CrMo钢具体的工艺过程为：
   1）钢锭脱模后没有进行去应力退火；
   2）锻造前加热；
   3）锻造过程：压下量20%左右，直接拔长至Φ580mm×6000mm；
   4）锻造结束直接进行正火+调质处理（水淬、空冷）。
    为确定造成42CrMo钢芯棒在使用过程中发生脆性断裂的真正原因，在芯棒断面切片，对典型的缺陷部位取样分析。在低倍酸浸后，肉眼观察发现，距试样表面一定距离处或近中心部分分布的锯齿状的细长裂纹呈放射状的同心圆或不规则形状，低倍酸浸检验结果为典型的白点裂纹缺陷。
    白点的生成是中碳合金结构钢固有的缺陷，尤其是Cr、Mo钢经常在大截面的钢坯或锻件中出现，说明42CrMo钢确实是白点敏感钢。芯棒锻造属于轴类锻件的拔长，表层处于难变形区和小变形区，表面以下一定深度到中心范围内是大变形区。锻造过程中由于工件的翻转，表层在难变形区和小变形区之间交换，而表层一定深度到心部范围内一直处于大变形区，由于变形不均匀，截面中间部分受两向压应力，两侧边缘部分受轴向拉应力和厚度方向压应力。可以明显看出大变形区域引起裂纹集中，H在裂纹处聚集，同时因为残余应力的诱导扩散，氢压增大到等于金属原子键结合力，原子键断裂，导致裂纹的长大，形成白点。
  通过对42CrMo钢白点缺陷的分析，总结了对其控制和修复的方法：
（1）降低炼钢过程中H含量的措施：     1）提高出钢终点C含量，杜绝过氧化操作；     2）增加搅拌强度，提高真空下氩气流量；     3）提高设备能力，增大真空设备的抽气能力。
（2）从工艺方面采用降低白点敏感性的锻造压实方法，例如尽量在高温锻造和缩短锻件心部到表面的距离，增大H的扩散速度和锻件的相对面积，使H容易从锻件内部析出，降低钢的白点生成可能性。
（3）必须严格控制原材料的质量，使夹杂物的含量大幅度降低，根据H含量及锻后锻件横截面的大小确定合理的热处理工艺，消除冷却时产生的温度应力和变形不均匀引起的残余应力。
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