18MnNiCrMo 合金鋼沖擊性能不合分析

馬碩穎

18MnNiCrMo 合金鋼由模擬爐生產出的試驗件（1#、2#、3#） 經過理化實驗室力學性能試驗檢測，沖擊性能均＞165J，而18MnNiCrMo 合金鋼產品件（4#、5#、6#） 沖擊性能均＜47J，為找出產品件和試驗件沖擊性能差別的原因，筆者運用斷口觀察、能譜分析、夾雜物、晶粒度、金相組織等手段進行分析。

1 理化試驗

1.1 掃描電鏡觀察

宏觀觀察1#、2#、3# 試樣的斷口面呈纖維狀，通過掃描電鏡觀察試樣斷口的微觀形貌均為韌窩（見圖1、圖2）。

圖1 沖擊斷口低倍形貌

圖2 沖擊斷口微觀形貌

宏觀觀察4#、5#、6#試樣的斷口面，3 個試樣的斷口啟裂區很窄，瞬斷區均呈現結晶狀；通過掃描電鏡觀察斷口的微觀形貌發現斷口啟裂區均為韌窩，瞬斷區的斷裂源區及斷裂區的斷口形貌為解理+準解理+少量撕裂嶺韌窩（見圖3、圖4）。其中，5#試樣在啟裂區與瞬斷區交界處、瞬斷區的斷裂源區附近發現有夾雜，對夾雜物進行能譜分析，結果顯示夾雜物的主要成分為O、Al、Mg，同時還有少量的Si、Ca、Mn、Fe 等。但夾雜物尺寸小且含量較少，對試樣的宏觀力學性能影響不大（見圖5）。

圖3 沖擊斷口低倍形貌

圖4 沖擊斷口微觀形貌

圖5 5#試樣夾雜物能譜成分分析結果

1.2 金相檢測

（1） 夾雜物和晶粒度

取2# 試樣和5# 試樣的沖擊殘樣進行金相檢測。首先進行夾雜物分析，試樣拋光后應用金相顯微鏡觀察（見圖6、圖7），按照GB/T 10561-2005標準評定試樣夾雜物類別和級別（見表1），結果兩個試樣夾雜物的級別較低，且沒有明顯區別；然后以4%硝酸酒精溶液腐蝕試樣，按照GB/T 6394-2002 標準評定試樣的晶粒度，結果2#試樣晶粒度為5.0～4.0，少量3.0，5# 試樣晶粒度為4.0～3.0，少量2.5?？梢?#試樣的晶粒比5#試樣稍細一些 （見圖8、圖9）。

圖6 2#試樣夾雜物形貌

圖7 5#試樣夾雜物形貌

表1 非金屬夾雜物級別

圖8 2#試樣100X 晶粒度

圖9 5#試樣100X 晶粒度

（2） 顯微組織

最后，按照GB/T 6394-2017 標準對2#試樣和5#試樣沖擊殘樣進行組織檢測，2#試樣的顯微組織為回火索氏體（見圖10、圖11），5#試樣的顯微組織為貝氏體回火組織+少量回火索氏體（見圖12、圖13）。

圖10 2#試樣100X 顯微組織形貌

圖11 2#試樣500X 顯微組織形貌

圖12 5#試樣100X 顯微組織形貌

圖13 5#試樣500X 顯微組織形貌

2 分析討論

（1） 試驗結果表明，18MnNiCrMo 合金鋼試驗件斷口形貌為韌窩，18MnNiCrMo 合金鋼產品件斷口啟裂區均為韌窩，瞬斷區的斷裂源區及斷裂區的斷口形貌為解理+準解理+少量撕裂嶺韌窩。

（2） 18MnNiCrMo 合金鋼試驗件和產品件夾雜物沒有明顯區別，試驗件晶粒度級別為：5.0～4.0，少量3.0，產品件晶粒度級別為4.0～3.0，少量2.5。

（3） 18MnNiCrMo 合金鋼試驗件和產品件顯微組織有本質區別，試驗件顯微組織為回火索氏體，產品件顯微組織為貝氏體回火組織+少量回火索氏體。表明顯微組織不同是造成沖擊性能差別的最主要原因[1]。

3 結 語

由于18MnNiCrMo 合金鋼產品件熱處理溫度不均，未淬成全部馬氏體，回火后未能形成理想組織，導致沖擊韌性比試驗件差。