SUM23HS易切削钢表面裂纹原因分析.pdf

南钢科技与管理
2010年第3期
SUM23HS易切削钢表面裂纹原因分析
卞欣
(技术质量部)
摘要:运用金相、担描电镜及能语分析等手段对SUM23IS表面裂纹进行了分析。结果表明,其表面裂纹是
在轧制过程中产生的,并提出了有针对性的改进措施
关键词:易切削钢表面裂纹硫化物夹杂
Causes Analysis of Surface Cracking of S0M23 HS Ifree Cutting Steel
Bian Xi
( Technology Quality Department
Abstract By means of optical microscope (OM), scanning electron microscope(SEM) and spectrum analysis
SUM23HS surface crackings are analyzed. The result shows that the surface crackings are formed in the course of roll-
ing. Some improvement measures have been proposed
Keywords: free cutting steel; surface cracking: sulfide inclusion
前言
的延伸情况,且裂纹具有一定的深度。对裂纹截面
易切削钢是主要供自动机床进行高速切削制作进行金相和扫描电镜观察,并对裂纹附近的夹杂物
机械零部件用的钢。易切削钢虽然具有良好的切削进行能谱分析。用4%的硝酸酒精溶液侵蚀,观察裂
性能,但由于其磷、硫的含量较一般碳素钢高出数纹周围的组织情况。
倍,因而降低了钢的高温塑性,轧制和热加工时易产
生裂纹,降低产品合格率。近期,理化室接到一批易
2裂纹的形态及结果分析
切削钢SUM23HS试样,用户反映轧材经退火拉拔做2.1宏观形貌
成紧固件以后,表面出现大量裂纹,直接报废,给用
试样上的裂纹形貌如图1所示,从图中可以看
户带来巨大的经济损失。为了弄清裂纹产生的原出,裂纹呈现细条状,头部较宽,尾部狭长并有向基
因,通过对裂纹部位的取样,进行了金相、扫描电鏡体中心扩展的趋势,裂纹深度约为11m。
观察和能谱分析。
1试样的选取与制备
对裂纹位置进行取样,试样尺寸大小为20mmx
0mmx14mm。从截面可以清晰观察到裂纹向基体
图1裂纹形貌
100
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2.2金相显微镜和能谱分析
对裂纹尾部点状夹杂物进行能谱分析,结果如
利用 ZEISS-HAL00金相显微镜观察裂纹的形图6所示,元素的定量结果如表1。从能谱分析的结
态特征。从图2和图3可以看出,裂纹两側存在
果看,夹杂物主要为高温氧化物包裹的(Mn,Fe)/S
定厚度的高温氧化物。裂纹尾部由线状开始向链状夹杂物。
转变,最后变成点状。每个点中均有夹杂物,外面被
高温氧化物包裹。基体组织(见图4)为铁素体和少
量珠光体,属正常组织。
图5裂纹形貌
图2裂纹开口处形貌
500
Fe
が小乙
满里R200标20c
图6裂纹开口处的能谱图
表1裂纹开口处能谱图的定量结果
普图O
e总量
谱图132.04
2.9064.29100.00
谱图222.820.820.650.921.5673.23100.00
图3裂纹尾部形貌500X
谱图322.05
0.580.353.2873.74100.00
谱图
0.431.4978.07
谱524.13
0.430.596.3268.52100.00
:9m
2.3分析与讨论
易切削钢中,硫主要以硫化锰(MnS)的形式分
布在钢中。铸态组织中,硫化物根据钢中氧含量的
高低可分为三种类型:I型、Ⅱ型和Ⅲ型。其中
I型、Ⅱ型硫化物有助于改善和提高切削性能,而Ⅲ
型硫化物对切削加工性能很不利。但在型、Ⅱ型
图4基体组织
500×
MnS夹杂中,如果S添加过高,会有多余的S与钢中
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的O、Mn、Fe生成共晶化合物并多成网状分布于晶措施:在冶炼时控制S的添加量,控制好MnS在钢中
界,从而弱化晶界,加工过程中形成开裂。而且这种的分布形态,需要时可采用Zr、Mg变性处理;为获得
共晶化合物熔点很低(大约988℃左右),在高温轧理想类型、尺寸和均匀分布的硫化物夹杂,只有采用
制(温度为1080℃左右)过程中处于熔融状态,晶粒小断面连铸工艺;轧制时,宜采用比较小的轧制比
之间结合力较弱,易发生开裂,形成长条裂纹。
以防止变形过大而使晶界开裂;由于加入易切削元
裂纹两侧有高温氧化物,说明裂纹形成于退火素后,在钢中产生夹杂物使钢的基体脆化,降低了易
加热前,从而排除了加工过程中产生裂纹的可能性。切削钢的热加工性能,所以应适当降低轧制温度,减
因此,可以推断,裂纹为母材裂纹,即在轧制过程中少FeMn/S共晶体熔化发生开裂;钢坯加热时应缓
产生
慢升温,在加热炉高温段加热均匀烧透,以使钢坯内
同时,该裂纹的形成与其钢中硫化物夹杂的形外温度相同,轧制时变形一致,避免裂纹产生。
态、尺寸、分布密度也有很大的关系。图7即为该裂
纹附近碗化物夹杂分布形态图。从图中可以看出,3结语
硫化物夹杂分布极不均匀,且夹杂的尺寸差别也很
该批SUM23HS易切削钢表面裂纹是在轧制过
大(夹杂最小处:长18.54m,宽5.55um;夹杂最大
程中产生的。一方面应该不断改进轧制工艺,控制
处:长138.79m,宽18.64um)。而在通常情况下,恰当的轧制温度;另一方面必须严格控制合适的S
我们希望得到的是夹杂较细小、长度粗短的、分布均含量,从而控制好Mn/S在钢中的分布形态,得到分
匀的纺锤形硫化物。
布均匀、短而粗的纺锤形硫化物,进而防止轧制裂纹
为防止轧制过程中裂纹的产生,提出以下儿点产生。
参考文献:
1]田树生,周小丽,徐瑞军,硫系易切削钢的硏发.金
属材料与冶金工程,2008,36(6):17-20.
[2]陈列,陈庆伟,肖飞虎·高硫系易切削钢含氧量与
硫化物形态控制工艺.金属材料与治金工程,2008,29(4):
3]杨贵军等.低碳硫系易切削钢切削性能试验探究
图7裂纹附近夹杂分布图
理化检验,2005(3):25-28.