Ο άξονας του κυλίνδρου είναι κατασκευασμένος από χάλυβα 40CrMnMoA με καθαρό βάρος 36,6 τόνων, κατασκευασμένο από χαλύβδινο ιμάντα 60,5 τόνων. Η διαδικασία κατασκευής του περιλαμβάνει: τήξη, χύτευση → σφυρηλάτηση → θερμική επεξεργασία μετά τη σφυρηλάτηση → χονδρική κατεργασία → υπερηχητική δοκιμή. Κατά τη διάρκεια των υπερηχητικών δοκιμών, εντοπίστηκαν συνεχή ελαττώματα που υπερέβαιναν τα καθορισμένα όρια στο άκρο του ακροφυσίου, με τη μέγιστη ισοδύναμη διάμετρο να είναι ∅6 mm, κατανεμημένα εντός του κεντρικού εύρους ∅350 mm. Η συγκεκριμένη κατανομή ελαττωμάτων φαίνεται στο Σχήμα 1. Σύμφωνα με τα πρότυπα, ο άξονας θεωρήθηκε μη συμμορφούμενος και η σφυρηλάτηση διαλύθηκε. Για την ανάλυση της αιτίας των ελαττωμάτων, συλλέχθηκαν δείγματα από την περιοχή που είχε την μεγαλύτερη επίδραση για ανάλυση ελαττωμάτων. Οι ακριβείς θέσεις δειγματοληψίας υποδεικνύονται από τα πλαίσια στο Σχήμα 1.

1.1 Δοκιμή χαμηλής μεγέθυνσης

Στις θέσεις που φαίνονται στο Σχήμα 1, συλλέχθηκαν δείγματα θραύσης και δοκίμια χαμηλής μεγέθυνσης για ανάλυση. Τα δοκίμια χαμηλής μεγέθυνσης λειανθήκαν και υποβλήθηκαν σε δοκιμή χάραξης με θερμό οξύ. Μετά την έκπλυση με οξύ, παρατηρήθηκαν για καθορισμένο χρονικό διάστημα. Εντοπίστηκε ένα ελάττωμα ρωγμής στο κέντρο του δοκιμίου, με ομαλές και καλά καθορισμένες άκρες ρωγμής. Υπήρχαν μη μεταλλικά εγκλείσματα εντός της ρωγμής και παρατηρήθηκαν πολλαπλά σημειακά εγκλείσματα κοντά στη ρωγμή. Η προκαταρκτική ανάλυση υποδηλώνει ότι αυτό το ελάττωμα είναι ρωγμή εγκλεισμού σκωρίας. Δεν ανιχνεύθηκαν άλλα ελαττώματα, όπως σημειακός διαχωρισμός ή πορώδες. Μια τοπική μεγεθυμένη όψη του ελαττώματος φαίνεται στο Σχήμα 2.

1.2 Ανάλυση Μακροκατάγματος

Το δείγμα θραύσης υποβλήθηκε σε θραύση με σχισμή και σύνθλιψη στην πίσω πλευρά της θέσης του ελαττώματος. Η μορφολογία της επιφάνειας με το σπάσιμο μετά το άνοιγμα φαίνεται στο Σχήμα 3. Μπορεί να παρατηρηθεί ότι η επιφάνεια της ρωγμής εμφανίζεται γκρίζα κατά το άνοιγμα υπό χαμηλή μεγέθυνση, με πολλαπλά γκρίζα ελαττώματα δίπλα στην επιφάνεια της ρωγμής. Αυτά τα ελαττώματα είναι πιθανώς ελαττώματα εγκλεισμού σκωρίας. Το κάταγμα παρουσιάζει κρυσταλλική μορφολογία θραύσης. Η εντοπισμένη μεγεθυμένη μορφολογία του ελαττώματος παρουσιάζεται στο Σχήμα 4.

1.3 Χημική Ανάλυση

Συλλέχθηκαν δείγματα από τα δείγματα χαμηλής μεγέθυνσης για ανάλυση χημικής σύνθεσης, με τα αποτελέσματα να παρουσιάζονται στον Πίνακα 1. Όπως φαίνεται στον Πίνακα 1, η χημική σύνθεση των δειγμάτων συμμορφώνεται με τις απαιτήσεις του JB/T 6396-2006. Αν και η περιεκτικότητα σε άνθρακα είναι σχετικά χαμηλή, πληροί τα επιτρεπόμενα όρια απόκλισης για τη σύνθεση του χάλυβα που ορίζονται στο GB/T 222. Οι συγκεντρώσεις όλων των άλλων στοιχείων εμπίπτουν εντός των καθορισμένων εύρων, επιβεβαιώνοντας ότι η χημική σύνθεση είναι κατάλληλη.

1.4 Μεταλλογραφική Ανάλυση

Συλλέχθηκαν δείγματα από τη θέση του ελαττώματος του δείγματος θραύσης για μεταλλογραφική ανάλυση. Μετά την λείανση και τη στίλβωση, η μικροσκοπική εξέταση αποκάλυψε πολυάριθμα μη μεταλλικά εγκλείσματα στη διαμήκη τομή του δείγματος. Φωτογραφίες αυτών των εγκλεισμάτων φαίνονται στο Σχήμα 5. Μετά τη χάραξη με διάλυμα νιτρικού οξέος-αλκοόλης 4%, η μικροδομή εμφάνισε σύνθεση περλίτη-φερρίτη με κανονικά μεταλλογραφικά χαρακτηριστικά. Η βασική μεταλλογραφική εικόνα παρουσιάζεται στο Σχήμα 6.

1.5 Ανάλυση Ηλεκτρονικής Μικροσκοπίας

Δείγματα συλλέχθηκαν στις θέσεις που φαίνονται στο Σχήμα 3 για ανάλυση με ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM). Η μορφολογία του εγκλείσματος υπό SEM παρουσιάζεται στο Σχήμα 7. Η μορφολογία θραύσης του υποστρώματος παρουσιάζει χαρακτηριστικά θραύσης εξάρθρωσης, όπως φαίνεται στο Σχήμα 8. Η ανάλυση φασματοσκοπίας ενεργειακής διασποράς (EDS) του εγκλείσματος αποκάλυψε ότι η σύνθεσή του αποτελείται κυρίως από στοιχεία όπως Al, Si και Ca, όπως απεικονίζεται στα Σχήματα 9 και 10.

2 Ανάλυση και Συζήτηση

Η σφυρηλάτηση του άξονα κύλισης παρουσιάζει σοβαρά ελαττώματα σε χαμηλή μεγέθυνση, με πολυάριθμα μη μεταλλικά εγκλείσματα ορατά υπό υψηλή μεγέθυνση. Η ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης και η ανάλυση φασματοσκοπίας ενεργειακής διασποράς των σοβαρά επηρεασμένων επιφανειών θραύσης αποκάλυψαν ότι τα ελαττώματα αποτελούνται κυρίως από αλουμίνιο (Al), πυρίτιο (Si) και ασβέστιο (Ca). Δεδομένου ότι το Al, το Si και το Ca δεν είναι τα κύρια στοιχεία κράματος της σφυρηλάτησης του άξονα κύλισης 40CrMnMoA, αλλά μάλλον τα κύρια συστατικά του αποξειδωτικού θέρμανσης και διάχυσης (σκόνη Si-Al-Ca-Ba) που χρησιμοποιείται κατά την τήξη, αυτά τα ελαττώματα αναγνωρίζονται ως εγκλείσματα προϊόντων αποοξείδωσης που περιέχουν αλουμίνιο, πυρίτιο και ασβέστιο. Με βάση τη σύνθεση των εγκλεισμάτων, τη μέθοδο αποοξείδωσης που χρησιμοποιήθηκε και τις θέσεις των ελαττωμάτων, συμπεραίνεται ότι αυτά τα εγκλείσματα σχηματίστηκαν όταν τα προϊόντα αποοξείδωσης δεν ανήλθαν πλήρως ή παγιδεύτηκαν από μεμβράνες οξειδίου κατά την τήξη, εισερχόμενα στη συνέχεια στο πλινθώμα με τον τηγμένο χάλυβα κατά τη χύτευση. Κατά τη διάρκεια της επακόλουθης διαδικασίας σφυρηλάτησης, το 浇口 δεν αφαιρέθηκε πλήρως, με αποτέλεσμα τελικά σοβαρά ελαττώματα που υπερέβαιναν τα αποδεκτά όρια και καθιστούσαν τα σφυρήλατα ελαττωματικά.

3 Συμπέρασμα

Το υπερβολικό ελάττωμα σε αυτή τη σφυρηλάτηση άξονα κυλίνδρων είναι η συμπερίληψη σκωρίας, με τα κύρια συστατικά να είναι στοιχεία όπως Al, Si και Ca.