作者：许永春、程全士、冯德荣等
单位：河南航天精工制造有限公司
来源：《金属加工（热加工）》杂志
0Cr7Ni7Al是以18-8CrNi为基础发展起来的奥氏体-马氏体沉淀硬化不锈钢，又称为控制相变不锈钢，与之相近的国外牌号有美国的17-7PH。0Cr7Ni7Al不锈钢固溶处理后为不稳定的奥氏体组织，有良好的塑性、韧性与加工性能，经过调整，使奥氏体析出碳化物后成分发生变化，再经过马氏体转变处理，大部分组织转变为韧性较好的低碳回火马氏体，具有良好的中温力学性能和耐蚀性，优于一般马氏体不锈钢，一般用于制造弹簧、热圈等。本文针对某0Cr7Ni7Al螺母支架在装配过程中，在支架两端最大弯折处出现裂纹，并对其进行了分析。
该批次螺母支架的加工工艺为：下料→冲裁→热处理→喷砂→安装，在与螺母安装过程中，在最大弯折处发现裂纹，裂纹沿纵向延伸，具体如图1所示。
（a）弯折最大处裂纹（15×）
（b）裂纹形貌（45×）
图1 弯折最大处裂纹形貌
1.理化分析
（1）化学成分分析
针对该批次螺母支架，进行了电感耦合等离子发射光谱仪（ICP）化学元素分析，具体结果见表1。
表1 材料化学成分（质量分数） （%）
从表1主要化学成分含量中可以看出：该批次材料成分符合GJB3321—1998《航空用不锈钢冷轧弹簧带规范》对0Cr17Ni7Al钢成分的要求。
（2）力学性能分析
对该批次螺母支架进行力学性能试验，试验结果见表2。
表2 螺母支架力学性能
序号 | 实测值（HV5） | |||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||
标准值 | ≥329HV | 390 | 392 | 387 | 391 | 391 |
从表2螺母支架力学性能中可以得出：该批次螺母支架硬度值一致性较好，最大与最小值仅仅相差4HV，数据均满足标准要求。
（3）显微组织分析
对该批次螺母支架进行显微组织、非金属夹杂物、晶粒度、金属流线等金相分析。图2为该批次螺母支架显微组织，从图中可以看出：图2a为500×纵向显微组织，图2b为500×横向显微组织，二者组织均为低碳马氏体上沉淀析出的金属化合物强化相，均为正常的固溶时效组织。
（a）500×纵向
（b）500×横向
图2 显微组织
图3为螺母支架晶粒图片，从图中可以看出：图3a为200×纵向晶粒度，依据GB6394晶粒度评级为8级；图3b为200×横向晶粒度，晶粒度为8级。该批次螺母支架的横向与纵向晶粒不存在差异及混晶情况，该批次螺母支架晶粒较细，有利于材料冷变形。
（a）200×纵向
（b）200×横向
图3 螺母支架晶粒度
图4为螺母支架非金属夹杂物图片，从图中可以看出：非金属夹杂物以硫化物为主，存在较少的球状氧化物颗粒，依据GB/T10561《钢中非金属夹杂物显微评定方法》，可评为A类细系1级，符合材料标准要求。且螺母支架在弯时，弯折方向垂直于板材轧制方向，应降低了产生弯折裂纹的倾向。
（a）100×横向夹杂物
（b）100×纵向夹杂物
图4 螺母支架非金属夹杂物
对开裂螺母支架表层显微组织分析，具体如图5所示。
（a）100×弯折最大处未腐蚀
（b）100×弯折最大处显微组织
（c）100×直边
（d）500×直边
图5 开裂螺母支架显微组织
图5显示了开裂螺母支架表层显微组织，从图中可以看出：图5a为最大弯折处的100×形貌；图5b为最大弯折处显微组织形貌，表层存在白亮层，且裂纹深度基本与白亮层深度保持一致；图5c为100×开裂螺母支架直边外侧，表层存在较为明显的白亮层；图5d为500×下白亮层形貌，白亮层上晶界较为明显，且边缘存在显微裂纹。
（4）原材料分析
对该批次0Cr17Ni7Al原材料表面状态及显微组织分析。具体如图6所示。
（a）表面裂纹（45×）
（b）表层微观组织（500×）
图6 原材料表面裂纹及微观组织
图6显示了该批次原材料表面裂纹及表层显微组织。由图可知：原材料表面存在裂纹，且表层存在细密的白亮层组织，次表面奥氏体晶界显示较为清晰。
2.分析与讨论
该批次螺母支架在与螺母体组合安装过程中，裂纹主要产生于大变形区弯角处。对支架显微组织进行分析，弯角处存在白亮层组织，且未弯折处表面也存在白亮层组织，次表面奥氏体晶粒显示较为明显，内部为正常的固溶、时效组织。对原材料表面状态和显微组织分析，原材料表面存在小裂纹，裂纹之间呈水平方向，裂纹延伸方向与磨削方向基本垂直。原材料表面存在白亮层，组织呈细针状与内部存在较大差别。
分析原材料工艺，该原材料固溶处理后经过磨光工序。由于0Cr17Ni7Al固溶处理后为奥氏体组织，在经磨光过程中，由于表面磨削热较大，在随后的急速冷却过程中，表层组织发生马氏体相变，而形成磨削裂纹，不同裂纹之间呈平行分布，裂纹延伸方向与磨削方向垂直或接近垂直。
3.结语
该批次螺母支架安装开裂原因为产原材料在固溶后磨光过程中，由于冷却不足所产生的磨削烧伤及微裂纹。由于裂纹较小，在原材料入厂复验时未发现，后续螺母支架安装时，在最大弯折处发生开裂现象。为了杜绝类似问题再次发生，应从以下两个方面进行：
（1）原材料在磨光过程中，应加强冷却效果，以免产生磨削烧伤。
（2）加强原材料入厂质量检测，必要时进行弯曲试验，检查表面是否存在微裂纹。
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