42CrMo钢偏航轴承套圈精车裂纹产生的原因分析

作     者：赵小囡 

作者单位：大连交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：丁志敏;王辉

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：42CrMo 偏航轴承套圈 端面裂纹 

摘      要：42CrMo钢因具有良好的锻造成形性,以及调质热处理后良好的综合力学性能等优势,而成为大型偏航轴承套圈常用材料。42CrMo钢偏航轴承套圈在公司前期的生产过程中,经过精车后发现靠近其内径的上端面上出现了裂纹而影响了产品的合格率。本文通过对42CrMo钢偏航轴承套圈上裂纹区域的化学成分及其分布、低倍组织、微观组织、非金属夹杂等项目的检测和分析,以及以DEFORM-3D软件为平台对其锻造制坯过程中原材料中心区域金属流向的有限元模拟,研究了裂纹产生的原因,并结合生产实际提出了相应的解决方案。论文所得结果如下:失效42CrMo钢偏航轴承套圈的低倍组织、化学成分、非金属夹杂物和力学性能等组织和性能均符合相关的国家标准和客户的要求。42CrMo钢偏航轴承套圈裂纹处径向截面上的C、P、S等元素均存在有不同程度的偏析,偏析分布情况与低倍腐蚀试样中心疏松区域形状相近。裂纹位于42CrMo钢偏航轴承套圈内径和上端面交界处附近,处于原材料中心疏松的边界位置处,为淬火裂纹,是由于原材料中心疏松处C元素含量存在有较为严重的偏析以及C元素含量偏高等因素共同作用引起的,且相比于其它部位,内径和上端面交界处稍快的冷却速度对其形成有一定的促进作用。锻造工序虽然可以去掉42CrMo钢偏航轴承套圈原材料中大部分的中心疏松区域,但中心疏松缺陷区仍将有少部分残留而不能完全去除。DEFORM-3D软件有限元模拟锻造制坯过程中原材料中心区域金属流向的结果较好地说明了 42CrMo钢偏航轴承套圈低倍组织所具有的独特形态的原因,也进一步证实了本文所提出的轴承套圈淬火裂纹形成原因的正确性。并结合实际生产提出下列两条解决方案:第一,建议钢厂通过连铸坯结晶过程中的冷却速度、或浇铸速度等工艺的控制,来减小连铸圆坯中心疏松区的直径,以利于42CrMo钢偏航轴承套圈在制坯过程中能够较完整地切除。第二,在不改变整体加工余量条件下,将现有的42CrMo钢偏航轴承套圈粗、精车过程中上、下端面对称尺寸加工的方法,改为加大上端面加工尺寸以去除已经出现裂纹的上、下端面的非对称尺寸加工方法。最终,公司通过采用钢厂所提供具有较小直径中心疏松区的连铸圆坯,在后续42CrMo钢偏航轴承套圈的生产过程中均没有在精车后出现淬火裂纹。