張洪靜，盧瀟涵，竭艷麗，顏秉輝，秦 宇

（1.南山集團(tuán)航鑫材料科技有限公司，山東 煙臺 264000；2.東北輕合金有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150060）

1 背景信息

失效方板牌號為2A12，狀態(tài)為T352，其鍛造流程為：鑄錠進(jìn)廠加熱（465℃保溫720分鐘）----模具加熱（350～450℃加熱時間大于8小時）---自由鍛造（墩-拔-墩-打方）至280×1260×2800mm---淬火（加熱495±3℃、水冷，溫度60～70℃）---冷變形發(fā)現(xiàn)側(cè)面和表面有裂紋。本試驗的目的就是通過對缺陷進(jìn)行宏觀組織和顯微組織的觀察分析，以及掃描能譜分析確定缺陷的性質(zhì)和形成缺陷的原因，查找出消除缺陷的方法，為今后生產(chǎn)工藝改善提供幫助。

2 實驗過程

2.1 化學(xué)成分分析

失效方板的化學(xué)成分及GB/T3190-2008標(biāo)準(zhǔn)對2A12元素含量的要求見表1。根據(jù)表1可知，失效方板化學(xué)成分符合GB/T3190-2008的要求。

表1 失效方板化學(xué)成分

2.2 宏觀組織檢查

失效方板的表面和側(cè)面有多處裂紋，沿裂紋處斷開，觀察斷口表面，斷裂面呈灰白色，目視未發(fā)現(xiàn)氧化現(xiàn)象，與正常斷口顏色相同。在裂紋處切取400×300mm試片，將試片放在15%～25%NaOH水溶液浸蝕10分鐘后清洗發(fā)現(xiàn)，宏觀組織除有大致平行的兩條裂紋外，未發(fā)現(xiàn)疏松、夾雜、粗大化合物等缺陷存在。

2.3 顯微組織分析

在失效方板上截取橫向金相試樣，經(jīng)磨拋浸蝕后在光學(xué)顯微鏡下觀察，顯微組織如圖1所示。a為裂紋顯微組織，b為材料的正常組織。在試樣裂紋附近的顯微組織中，其組織特征為化合物沿變形方向排列，化合物棱角清晰、形狀不規(guī)則、分布大致均勻，沒有發(fā)現(xiàn)化合物聚集、初晶、夾雜、疏松等冶金缺陷，也沒有發(fā)現(xiàn)復(fù)熔三角形、晶界局部加寬以及復(fù)熔共晶球特征，發(fā)現(xiàn)裂紋擴(kuò)展方向是沿晶開裂并伴有穿晶開裂，裂紋處晶粒完整，排除了過燒、鍛造過程產(chǎn)生裂紋的可能，初步判定為淬火裂紋。

圖1 失效試樣裂紋處橫截面金相組織(100×)

2.4 斷口及能譜分析

由于方板的裂紋出現(xiàn)在表面，沿方板的裂紋面斷開，在掃描電鏡下觀察斷口，斷口表面存在大量韌窩及撕裂棱，未發(fā)現(xiàn)氧化產(chǎn)物、夾雜等冶金缺陷，這與宏觀斷口以及顯微組織觀察結(jié)果一致。能譜分析結(jié)果見表2。

由表2可知，除了2A12中含有的Al、Cu、Mg主要元素外，未發(fā)現(xiàn)O、C等元素，說明裂紋沒有被氧化，排除了鍛造過程中產(chǎn)生裂紋的可能性，這與顯微組織判斷相一致。進(jìn)一步證實了裂紋是在淬火過程中產(chǎn)生的。

表2 失效斷口表面能譜分析結(jié)果

3 方板裂紋產(chǎn)生原因及預(yù)防措施

3.1 方板裂紋產(chǎn)生原因分析

綜合上述試驗結(jié)果可知：失效方板化學(xué)成分符合GB/T3190-2008的要求，宏觀組織除有大致平行的兩條裂紋外，沒有疏松、夾雜、初晶化合物等缺陷，可以排除缺陷造成裂紋的可能，同時裂紋宏觀斷口面組織顏色呈灰白色，沒有被氧化，斷口能譜沒有顯示C、O元素存在，顯微組織沒有過燒特征，裂紋處晶粒完整，更進(jìn)一步排除了過燒、鍛造造成裂紋的可能性。斷口表面未出現(xiàn)擠壓變形，裂紋處的顯微組織與正常組織相同，這個現(xiàn)象表明裂紋應(yīng)該形成于冷變形之前，由此推測應(yīng)該是方板在淬火過程中，由于尺寸較大，冷卻速度快，方板的外部冷卻速度快，心部冷卻較慢，導(dǎo)致方板內(nèi)外溫度差較大，材料表面急劇冷卻而產(chǎn)生巨大拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過材料抗拉強(qiáng)度或材料的塑性變形極限時便產(chǎn)生開裂，裂紋往往是沿晶開裂有時并伴有穿晶開裂，屬于淬火裂紋[1]。

在生產(chǎn)過程中，冷變形前方板已經(jīng)有潛在的微裂紋，只是方板表面有油污，且表面粗糙，顏色發(fā)暗，難以被發(fā)現(xiàn)。當(dāng)冷變形時，由于外力的作用使原有裂紋張開尺度增加，隨后才被發(fā)現(xiàn)。失效方板表面和側(cè)面的裂紋屬于淬火過程以及淬火后室溫放置過程中產(chǎn)生的裂紋，即為淬火裂紋。

3.2 預(yù)防措施

在生產(chǎn)過程中嚴(yán)格控制好淬火冷卻速度，另外可適當(dāng)延長淬火時鍛件在水中的停留時間，這兩個因素控制得當(dāng)可以避免材料開裂。

4 結(jié)論

（1）失效方板原材料化學(xué)成分符合GB/T3190-2008中2A12的要求；

（2）宏觀組織除有大致平行的兩條裂紋外，沒有疏松、夾雜、初晶化合物等缺陷，失效方板顯微組織未發(fā)現(xiàn)過燒特征；

（3）失效方板裂紋是因為材料規(guī)格比較大，淬火冷卻速度快，材料表面冷卻速度快，心部冷卻較慢，導(dǎo)致內(nèi)外溫度差大，表層材料受心部膨脹的作用而產(chǎn)生巨大拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過材料抗拉強(qiáng)度時便產(chǎn)生開裂，裂紋為沿晶并伴有穿晶開裂，屬于淬火裂紋。