0Cr17Ni7Al螺母支架安装开裂分析

1 前言

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）15x 弯折最大处 裂纹                   （b）45x 裂纹形貌

图1 弯折最大处裂纹形貌

2 理化分析

2.1 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GJB3321-98《航空用不锈钢冷轧弹簧带规范》对0Cr17Ni7Al钢成分的要求。

2.2 机械性能分析

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

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。

2.3 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（a）500x 纵向                   图（b）500x 横向

图2 显微组织

图2为该批次螺母支架显微组织，从图中可以看出：图（a）为500x纵向显微组织，图（b）为500x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。

图（a）200x 纵向                        图（b）200x 横向

图3 螺母支架晶粒度

图3为螺母支架晶粒图片，从图中可以看出：图（a）为200x纵向晶粒度，依据GB6394晶粒度评级为8级；图（b）为200x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。

图（a）100x 横向 夹杂物                        图（b）100x 纵向 夹杂物

图4 螺母支架非金属夹杂物

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/T 10561《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。

对开裂螺母支架表层显微组织分析，具体如图5所示。

图（a）100x 弯折最大处 未腐蚀            图（b）100x 弯折最大处 显微组织

图（c）100x 直边                        图（d）500x 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（a）为最大弯折处的100x形貌；图（b）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（c）为100x开裂螺母支架直边外侧，表层存在较为明显的白亮层；图（d）为500x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。

2.4 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。

图（a）表面裂纹 45x                    图（b）表层微观组织 500x

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。

3 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。

4 结论

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。

作者简介：朱李云，空军驻郑州某军代室；周忠华，空军某装备研究院情报所；许永春、程全士、冯德荣、周春勋，河南航天精工制造有限公司。

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