為進(jìn)步地磅用2Cr13馬氏體不銹鋼連接件利用壽命,采取顯微組織察看跟有限元技 術(shù)剖析了連接件的生效特點(diǎn)跟應(yīng)力散布,對(duì)其熱處理工藝進(jìn)行了改進(jìn),通過(guò)力學(xué)機(jī)能實(shí)驗(yàn)、應(yīng)力腐 蝕實(shí)驗(yàn)跟疲勞實(shí)驗(yàn)等對(duì)比了連接件熱處理工藝的改進(jìn)后果。結(jié)果表明：因原熱處理工藝不當(dāng),造成 連接件應(yīng)力腐化抗力跟強(qiáng)韌性不足;工藝改進(jìn)后,連接件應(yīng)力腐化敏感指數(shù)從原來(lái)的5
　　1. 1 %降落 到11.4 %,綜協(xié)力學(xué)機(jī)能得到大幅度進(jìn)步,可滿意連接件設(shè)計(jì)跟利用請(qǐng)求。
0.引言
2Cr13馬氏體不銹鋼存在良好的抗大氣腐化跟 綜協(xié)力學(xué)機(jī)能,在汽輪機(jī)、醫(yī)療器械跟塑料模具等行 業(yè)得到普遍利用。因?yàn)樵撲撎己扛摺t含量 低,考慮到可能造成晶界貧鉻,對(duì)其個(gè)別不采取中溫 回火,而采取高溫回火。地磅連接件資料為2Cr13鋼,原硬度 設(shè)計(jì)請(qǐng)求3842 HRC,連接件請(qǐng)求通過(guò)100萬(wàn)次 疲勞(50?500 kN輪回加載）跟1 500 kN超載測(cè)試。連接件起到傳感器定位跟力的傳遞作用,通常 情況下,連接件蒙受來(lái)自于傳感器垂直壓力100? 300 kN。連接件原熱處理工藝為960仁真空加熱， 保溫
　　1. 5 h淬火;250 C回火,保溫3 h。電子地磅被稱為地磅是廠礦、商家等用于大宗貨物計(jì)量的主要稱重設(shè)備。電子地磅標(biāo)準(zhǔn)配置主要由承重傳力機(jī)構(gòu)（秤體）、高精度稱重傳感器、稱重顯示儀表三大主件組成，由此即可完成電子地磅基本的稱重功能，也可根據(jù)不同用戶的要求，選配打印機(jī)、大屏幕顯示器、電腦管理系統(tǒng)以完成更高層次的數(shù)據(jù)管理及傳輸?shù)男枰＿B接件的 某些實(shí)際利用處合含硫化物等腐化介質(zhì),在利用過(guò) 程中常產(chǎn)生開裂生效,直接影響到傳感器跟地磅的保險(xiǎn)利用。初步剖析認(rèn)為熱處理工藝不當(dāng)是造成 連接件開裂的重要起因。為了避免開裂的再次出 現(xiàn),作者針對(duì)連接件生效起因,改進(jìn)了連接件的熱處 理工藝,并對(duì)比了工藝改進(jìn)前后連接件的力學(xué)機(jī)能、 應(yīng)力腐化抗力跟疲勞壽命等特點(diǎn)。
1.生效起因剖析
圖1、圖2分辨為連接件的尺寸跟工作示意,連接件承載孔底面為平面,與之接觸的傳感器彈性體 端部為M60球面。采取ANSYS有限元軟件及 Solid45單元建模剖析連接件工作時(shí)的應(yīng)力散布跟 過(guò)載時(shí)極限拉應(yīng)力。為便于剖析,簡(jiǎn)化了秤體跟傳 感器彈性體尺寸,有限元剖析結(jié)果見圖3。剖析表 明，當(dāng)連接件受到來(lái)自于彈性體壓應(yīng)力時(shí),連接件背 面中心部位存在拉應(yīng)力（圖3中MX處),拉應(yīng)力方 向垂直于軸向應(yīng)力，當(dāng)軸向載荷為1 500 kN時(shí),連 接件背面最大拉應(yīng)力為84
　　6. 61 MPa。
由圖4可見,生效連接件裂紋均從連接件背面 中心區(qū)域萌發(fā)，圖4
　　A、4c連接件分辨來(lái)自于含硫環(huán) 境的用戶現(xiàn)場(chǎng)跟實(shí)驗(yàn)室。沿垂直于連接件背面方向 制備金相試樣。圖4b為4a連接件背面裂紋,試樣 未經(jīng)酸蝕,裂紋顯現(xiàn)多源萌發(fā)跟沿晶擴(kuò)大,存在應(yīng)力 腐化開裂特點(diǎn)。圖4d為4c連接件背面裂紋,組織 為回火馬氏體跟沿棒料軋制方面排列的未溶S鐵素 體,鐵素體體積分?jǐn)?shù)為5 %?10 %,裂紋自連接件背面S鐵素體處萌發(fā)并擴(kuò)大。
從2Cr13連接件裂紋擴(kuò)大情勢(shì)可琢磨,其應(yīng)力 腐化抗力跟強(qiáng)韌性不足。汽車衡廠家采用分離式分離式數(shù)字接線盒，通過(guò)對(duì)模擬傳感器輸出的信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，使接線盒到儀表的信號(hào)為數(shù)字信號(hào)，降低了遙控的機(jī)會(huì)、受溫度、射頻干擾的機(jī)會(huì)，同時(shí)也使傳輸距離比普通模擬式更遠(yuǎn)，信號(hào)傳輸更加穩(wěn)定。相對(duì)于數(shù)字式汽車衡，造價(jià)略低，方便舊的模式汽車衡升級(jí)。2Cr13馬氏體不銹鋼4c3 為950 顯然960 t淬火溫度偏低,不足以使含鉻 碳化物充分溶解,并滯留大量軋制時(shí)形成的條狀S 鐵素體。所以只管250 t回火闊別馬氏體不銹鋼敏 化溫度區(qū),但因欠熱,鉻元素固溶度不足,在連接 件背面拉應(yīng)力跟腐化介質(zhì)作用下,連接件產(chǎn)生應(yīng)力 腐化開裂。條狀S鐵素體沿棒料軋制方向排列， 并與連接件背面拉應(yīng)力方向垂直’S鐵素體強(qiáng)度低, 對(duì)基體起宰割作用，連接件受載時(shí)裂紋從連接件背 面S鐵素體萌發(fā),并沿S鐵素體向連接件內(nèi)部擴(kuò)大。
總之,熱處理工藝不當(dāng)造成連接件應(yīng)力腐化開裂。
2.試樣制備跟實(shí)驗(yàn)方法
實(shí)驗(yàn)資料為2Cr13熱軋棒,其化學(xué)成分(品質(zhì)分 數(shù)/ %)為 0. 20C,
　　12. 5 Cr ,0. 29 Mn,0. 50Si ,0. 15 Ni ,0. 03 P,0. 015 S,余Fe。所有試樣均沿棒料軋 制方向制備。拉伸試樣(GB/ T 228 - 2002)、沖擊試 樣（GB/ T 229 - 1994)、應(yīng)力腐化試樣（GB/ T 15970. 7 - 2000)跟連接件各準(zhǔn)備兩組,除了連接件 每組由2個(gè)試樣,其余每組由3個(gè)試樣形成。所有 試樣機(jī)加工后熱處理,采取真空設(shè)備加熱,淬火、回 火均為油冷,兩組試樣工藝分辨為960 t淬火+ 250 t回火(老工藝），1 020 'C淬火+310 t回火（新工 藝)，淬火跟回火加熱保溫時(shí)光分辨為1.5 h跟3 h。
用Leica DMLM型光學(xué)顯微鏡跟JXA- 840AEPMA型掃描電鏡（SEM)分辨剖析連接件顯微組織跟應(yīng)力腐化試樣斷口形貌,顯微組織試樣腐 蝕劑為 5 g FeCl3 + 15 mL HCl + 100 mL H2O。地磅廠家將物體的重量傳遞給稱重傳感器的機(jī)械平臺(tái)，常見有鋼結(jié)構(gòu)及鋼混結(jié)構(gòu)二種型式。用 慢應(yīng)變應(yīng)力腐化實(shí)驗(yàn)法（SSRT)對(duì)比熱處理工藝改 進(jìn)前后連接件應(yīng)力腐化抗力（設(shè)備型號(hào)SERT- 5000-D9H),實(shí)驗(yàn)前提:常溫,拉伸應(yīng)變速率
　　4. 17 X 10-5 s-1 ,腐化介質(zhì)為 3. 5 g ? L-1 NaCl + 0. 5 g  L-1 HAc水溶液,p H = 3?4。地磅廠家將物體的重量傳遞給稱重傳感器的機(jī)械平臺(tái)，常見有鋼結(jié)構(gòu)及鋼混結(jié)構(gòu)二種型式。汽車衡廠家采用分離式分離式數(shù)字接線盒，通過(guò)對(duì)模擬傳感器輸出的信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，使接線盒到儀表的信號(hào)為數(shù)字信號(hào)，降低了遙控的機(jī)會(huì)、受溫度、射頻干擾的機(jī)會(huì)，同時(shí)也使傳輸距離比普通模擬式更遠(yuǎn)，信號(hào)傳輸更加穩(wěn)定。相對(duì)于數(shù)字式汽車衡，造價(jià)略低，方便舊的模式汽車衡升級(jí)。沖擊實(shí)驗(yàn)機(jī)型號(hào)JB- 30A;拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)型號(hào)MTS810;硬度儀型號(hào)HR- 15A;疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)型號(hào)MTS8
　　10. 21 ,疲勞測(cè)試時(shí)脈 動(dòng)壓應(yīng)力載荷50?500 kN ,頻率8 Hz。
3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果跟探討
3.1力學(xué)機(jī)能
由表1可見,采取新工藝后,2Cr13鋼的強(qiáng)度跟 塑性均得到進(jìn)步,沖擊功進(jìn)步了 1倍。汽車衡廠家采用分離式分離式數(shù)字接線盒，通過(guò)對(duì)模擬傳感器輸出的信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，使接線盒到儀表的信號(hào)為數(shù)字信號(hào)，降低了遙控的機(jī)會(huì)、受溫度、射頻干擾的機(jī)會(huì)，同時(shí)也使傳輸距離比普通模擬式更遠(yuǎn)，信號(hào)傳輸更加穩(wěn)定。相對(duì)于數(shù)字式汽車衡，造價(jià)略低，方便舊的模式汽車衡升級(jí)。由表2可見, 連接件抗疲勞跟超載才干比老工藝有了極大進(jìn)步， 達(dá)到了 100萬(wàn)次疲勞+ 1 500 kN靜壓的設(shè)計(jì)請(qǐng)求。
3.2顯微嫌
新工藝2Cr13鋼的組織為回火馬氏體,組織中 條狀S鐵素體已被充分溶解（圖5)。


　　3. 3應(yīng)力腐化機(jī)能
慢應(yīng)變應(yīng)力腐化測(cè)試原理是,在10-5?10-7 s-1 應(yīng)變速率拉伸前提下,對(duì)比試樣在惰性跟腐化介質(zhì)中 由應(yīng)力-應(yīng)變曲線包抄的內(nèi)積功,得出資料應(yīng)力腐化 敏理性[7]。式1[7]為應(yīng)力腐化敏理性指數(shù)Iscc盤算方 法,IScc值越大,資料的應(yīng)力腐化敏理性越大，當(dāng)Iscc > 35 %時(shí)，資料存在明顯的應(yīng)力腐化偏向；當(dāng)Iscc ^25 %時(shí),資料無(wú)明顯的應(yīng)力腐化偏向叫
式中：I惰為在惰性介質(zhì)中內(nèi)積功；I腐為在腐化介質(zhì) 中的內(nèi)積功。
用專門軟件盤算圖6中內(nèi)積功大小,將內(nèi)積功 代入式1 ,得出老工藝Iscc =5
　　1. 1 %,新工藝Iscc = 11.4%。可見工藝改進(jìn)后,2Cr13鋼在強(qiáng)韌性進(jìn)步 的同時(shí),應(yīng)力腐化抗力同樣得到大幅度進(jìn)步。由圖 7可見,老工藝斷口為準(zhǔn)解理+少量韌窩,表示為脆 性;新工藝斷口基本為韌窩,表示為塑性特點(diǎn)。
將新工藝連接件在多少個(gè)典范用戶試用,9個(gè)月以 來(lái)未產(chǎn)生一起開裂生效,說(shuō)明新工藝可能滿意2Cr13鋼連接件的利用請(qǐng)求。
新工藝進(jìn)步了淬火加熱溫度，2Cr13鋼組織中 的S鐵素體被充分溶解，從而明顯進(jìn)步了 2Cr13鋼 的綜協(xié)力學(xué)機(jī)能。此外，固溶體中鉻含量隨著淬火 溫度的進(jìn)步而增加，只管新工藝回火溫度高于老工 藝，但新工藝回火溫度尚未處于2Cr13鋼敏化溫度 區(qū)[5]，新工藝2Cr13鋼應(yīng)力腐化開裂抗力較老工藝 有大幅度進(jìn)步 。
4.論斷
用新熱處理工藝（1 020 'C X
　　1. 5 h淬火+ 310"C X3 h回火)取代老工藝后,2Cr13鋼連接件強(qiáng)韌 性得到明顯進(jìn)步，連接件應(yīng)力腐化敏理性指數(shù)從原 來(lái)51.1 %降落到11.4%。新工藝處理的連接件滿 足了地磅的利用請(qǐng)求。