大型H13外套经淬火+两次回火，热装后脆性开裂

　　某公司最近有一件原料为H13(4Cr5MoSiV1)，外径为1460mm、内径为700mm的外筒，在热装完成后机加工过程中发生多处开裂，裂纹主要沿纵向开裂，也有沿周向散布的次裂纹，其开裂描摹如图1所示。

　　该外筒的工艺过程为：铸造→铸造→调质→淬火→两次回火→热装→机加工，其中淬火温度：1050℃;回火温度：第一次580℃，第二次600℃。热装温度要求300℃，实践温度为近500℃。表里筒的配合过盈量契合规范要求。

　　为剖析外筒开裂的原因，现查验剖析如下：

　　1.化学成分剖析

　　采用ARC-MET8000便携式全谱直读光谱仪，对开裂外筒试样进行化学成分剖析，成果如表1所示，可见该外筒的化学成分契合规范要求。

　　表1 外筒的化学成分（质量分数）       （%）

　　2.硬度查验

　　经过对实体硬度检测，其均匀硬度为55~56HRC。经调查，该件淬火、回火后加工前的硬度为50～52HRC，而技术要求为48~52HRC。工件实践硬度比图样要求的硬度略高。

　　3.性能实验

　　为进一步验证性能目标，在开裂的工件上切取试样，其实验成果如表2所示。

　　表2  力学性能结果

从实验成果表明，强度目标过高，而塑、韧性目标过低。

　　4.断口剖析

　　开裂外筒的断口微观特征为断面较为平整、润滑，无显着的塑性变形痕迹，属于脆性断裂。同时在断口上发现下列现象，断面上散布着比较润滑的小亮点，有金属光泽，呈银灰色，这是典型的萘状断口，如图5所示。

　　依据相关资料，发生萘状断口的主要原因：

　　(1)在铸造工艺过程中终端温度过高，或锻件过热且变形量较小易发生萘状断口。

　　(2)因为热处理工艺中接连两次淬火，中心未经退火也简单发生萘状断口。呈现这种断口，资料的力学性能差，并且冲击韧度也显着降低。

　　5.安排查验

　　在开裂的工件上取样，经过酸蚀，对安排查验剖析，其安排为板条状马氏体+残留奥氏体+颗粒状碳化物。其中板条马氏体存在色泽上的差异，有深灰色的板条马氏体和浅白色的马氏体，浅白色马氏体是因为残留奥氏体转变形成的，疑为未回火马氏体或其他非马氏体安排，导致这一现象的原因是残留奥氏体量过多，回火不充分。总之，板条马氏体比较粗大(见图6)，根据JB/T8420—1996《热作模具钢显微安排评级》鉴定，马氏体针规范级别为≥5级。

　　6.综合剖析

　　综上所述，外筒的化学成分各元素含量均满足规范要求;工件的强度过高，而塑、韧性过低，硬度较高;在显微安排查验中发现了粗大的板条马氏体和非回火马氏体;断口微观描摹显现该外筒开裂具有脆性开裂特征。因此，该H13外筒开裂的原因可以归纳为以下几点：

　　(1)铸造缺点。因为萘状断口的发生，这是因为在铸造中终锻温度过高形成的过热现象，导致马氏体粗大的原因之一。呈现这种断口，资料的力学性能差，并且冲击韧度也显着降低。

　　(2)回火不足。因为外筒回火两次，安排中存在较多的残留奥氏体，在不断地转变成马氏体，所以一次、二次回火很难较大幅度地消除淬火后资料内部剩余应力。

　　(3)假如加热温度过高，或保温时间过长，也是形成粗大板条状马氏体的原因，使硬度增高，脆性增大，因此存在较大的内应力。

　　7.预防措施

　　(1)改进铸造工艺，避免铸造缺点的发生。

　　(2)加强热处理工艺的执行，充分回火，细化晶粒，减少内应力。

　　此次事端使公司受到了严重的损失，但是可以经过此次教训找到问题的原因所在，进而发现此类大型高温零件的工艺漏洞，后续将逐渐改善工艺上的不足，不断提高自己。