35MnBH钢链轨节开裂原因

彭 磊, 潘小静, 徐旋旋, 赵 宜

(中天钢铁集团有限公司, 常州 213011)

链轨节是履带式工程机械和军工机械中履带总成的关键性零件, 链轨节零件支撑着机体，同时又直接与地面接触，需要承受并传递一定的载荷[1-2]。链轨节在使用过程中要承受周期性压力和反复的冲击力，因此需要其具有良好的综合力学性能[3-4]。由35MnBH钢制造的190MR型φ75 mm链轨节，在台架试验时发现有开裂现象。该链轨节的制造工艺为：原材料下料(感应加热)→锻打成型→余热淬火(油)→高温回火→工作面感应加热淬火→低温回火。笔者对开裂链轨节进行了一系列检验和分析，以期此类事故不再发生。

1 理化检验

1.1 宏观观察

将链轨节开裂处人工打开，链轨节开裂位置及断口宏观形貌见图1～图3，可见链轨节开裂位置位于销孔处。由断口宏观形貌可知，链轨节断裂源位于链轨节销孔外壁表面，断口较为平直，属脆性断裂断口。

图1 链轨节开裂位置示意图Fig.1 Schematic diagram of cracking position of the caterpillar track section

图2 链轨节开裂处宏观形貌Fig.2 Macro morphology of cracking position of the caterpillar track section

图3 链轨节断口宏观形貌Fig.3 Macro morphology of fracture of the caterpillar track section

1.2 化学成分分析

在开裂链轨节上取样，使用德国超谱公司QSN750型直读光谱仪对其进行化学成分分析，结果见表1。可见该开裂链轨节的化学成分符合GB/T 5216-2014《保证淬透性结构钢》对35MnBH钢的成分要求。

表1 开裂链轨节的化学成分(质量分数)Tab.1 Chemical compositions of the caterpillar track section (mass fraction) %

1.3 金相检验

取链轨节原材料圆钢进行低倍检验，其结果见表2及图4。链轨节原材料的显微组织为珠光体+铁素体，铁素体晶粒度为8～9级，如图5所示。链轨节原材料的低倍组织及显微组织均正常。

表2 链轨节原材料的低倍检验结果Tab.2 Macroscopical test results of raw materials of the caterpillar track section 级

图4 链轨节原材料低倍形貌Fig.4 Macroscopic morphology of raw materials of the caterpillar track section

图5 链轨节原材料的显微组织形貌Fig.5 Microstructure morphology of raw materials of the caterpillar track section:a) at low magnification; b) at high magnification

在开裂链轨节断裂源处取纵向试样进行金相检验，其显微组织为回火索氏体+少量贝氏体，奥氏体晶粒度为1.5级左右，可见断面沿晶断裂且晶粒粗大， 如图6所示；并发现有沿晶显微裂纹及晶界烧损三角形，如图7所示。

图6 链轨节断裂源处显微组织形貌Fig.6 Microstructure morphology of fracture source of the caterpillar track section:a) at low magnification; b) at high magnification

图7 开裂链轨节的沿晶裂纹形貌Fig.7 Morphology of intergranular crack of the cracked caterpillar track section

在开裂链轨节断裂源处附近的销孔外壁表面组织中发现存在裂纹及网状铁素体，类似过烧组织缺陷，如图8所示。

图8 开裂链轨节过烧处显微组织形貌Fig.8 Microstructure morphology of overburnt position of the cracked caterpillar track section:a) at low magnification; b) at high magnification

2 分析与讨论

开裂链轨节的化学成分、原材料的低倍组织及显微组织均符合要求。

该链轨节开裂位置位于销孔处，断裂起源于销孔外壁表面，断口较为平直，为脆性断口。断裂位置在非工作面，只进行了余热淬火+高温回火处理，没有进行最后的表面感应淬火。

链轨节断口处显微组织为回火索氏体+少量贝氏体，奥氏体晶粒度为1.5级，断面为沿晶断裂；断口处发现有沿晶显微裂纹及晶界烧损三角形，这些特征说明该链轨节在制造过程中存在过烧现象，造成材料组织特别粗大，有时还会发生晶间氧化和部分晶界熔化，锻打时就容易发生开裂[5-8]。在开裂链轨节断裂源处销孔外壁表面显微组织中存在局部裂纹及网状铁素体，为链轨节在锻造时产生的表面过烧组织，这是链轨节在台架试验时发生开裂的主要原因。

锻件余热淬火后晶粒度过于粗大会降低冲击韧度，减小裂纹扩展功，扩大冷脆区域。随晶粒的长大，链轨节淬火开裂和畸变倾向也越大。尤其是混晶将会剧烈降低材料的结构强度，使应力集中区域变脆。因此，在生产中使晶粒细化很重要。

链轨节在锻造时，加热温度越高，加热时间越长，链轨节晶粒越大，超温时表面出现过烧组织；随后余热淬火将会遗传粗大的晶粒及过烧组织。为避免圆钢棒料出现过热现象，必须选择合适的始锻温度。虽然链轨节在锻造过程中受到锻打力，可在一定程度上细化晶粒。但最终工序的变形程度是影响锻件晶粒度的主要因素。当最终工序的变形量处于临界变形区时，锻件的晶粒度特别粗大；一般变形程度大于临界变形可以获得细小晶粒，但并不是变形量越大锻件的晶粒度就越细[9]。而且链轨节锻后热处理为余热淬火+高温回火，锻件成形后直接降温至某一温度范围内进行淬火，获得马氏体+少量残余奥氏体，然后进行高温回火，替代调质热处理，可省去一次淬火加热工序，节省成本，提高了生产效率[10]。

3 结论及建议

该链轨节在台架试验时产生开裂的主要原因是链轨节在锻造过程中存在过烧现象，使得其力学性能降低。在台架试验过程中，链轨节受到冲击、扭转等各种复杂应力的作用，使链轨节表面过烧组织处形成裂纹源，裂纹迅速扩展，使链轨节在台架试验时发生开裂。

建议严格控制链轨节锻造加热温度，防止过烧现象发生。