Trục con lăn được làm bằng thép 40CrMnMoA, có trọng lượng tịnh 36,6 tấn, được sản xuất từ ​​phôi thép 60,5 tấn. Quy trình sản xuất bao gồm: nấu chảy, đúc → rèn → xử lý nhiệt sau rèn → gia công thô → kiểm tra siêu âm. Trong quá trình kiểm tra siêu âm, các khuyết tật liên tục vượt quá giới hạn quy định đã được phát hiện ở đầu vòi phun, với đường kính tương đương tối đa là ∅6 mm, phân bố trong phạm vi trung tâm ∅350 mm. Sự phân bố khuyết tật cụ thể được thể hiện trong Hình 1; theo tiêu chuẩn, trục được coi là không đạt tiêu chuẩn và sản phẩm rèn đã bị loại bỏ. Để phân tích nguyên nhân gây ra khuyết tật, các mẫu đã được thu thập từ khu vực bị ảnh hưởng nghiêm trọng nhất để phân tích khuyết tật; vị trí lấy mẫu chính xác được chỉ ra bằng các ô vuông trong Hình 1.

1.1 Thử nghiệm ở độ phóng đại thấp

Tại các vị trí được thể hiện trong Hình 1, các mẫu gãy và các mẫu thử có độ phóng đại thấp đã được thu thập để phân tích. Các mẫu thử có độ phóng đại thấp được mài và подвер subjected to a hot acid etching test; sau khi rửa bằng axit, chúng được quan sát trong một khoảng thời gian nhất định. Một khuyết tật nứt được xác định ở trung tâm của mẫu thử, với các cạnh vết nứt nhẵn và rõ nét. Các tạp chất phi kim loại có mặt bên trong vết nứt, và nhiều tạp chất dạng điểm được quan sát thấy gần vết nứt. Phân tích sơ bộ cho thấy khuyết tật này là vết nứt do tạp chất xỉ. Không phát hiện thấy các khuyết tật nào khác như sự phân tách dạng điểm hoặc độ rỗ. Hình ảnh phóng đại cục bộ của khuyết tật được thể hiện trong Hình 2.

1.2 Phân tích vết nứt vĩ mô

Mẫu vật bị gãy đã được xử lý bằng phương pháp xẻ rãnh và nghiền nát ở mặt sau của vị trí khuyết tật. Hình thái bề mặt gãy sau khi mở được thể hiện trong Hình 3. Có thể quan sát thấy bề mặt vết nứt xuất hiện màu xám khi mở dưới độ phóng đại thấp, với nhiều khuyết tật màu xám nằm cạnh bề mặt vết nứt; những khuyết tật này có khả năng là các khuyết tật do tạp chất xỉ gây ra. Vết gãy thể hiện hình thái gãy tinh thể. Hình thái phóng đại cục bộ của khuyết tật được trình bày trong Hình 4.

1.3 Phân tích hóa học

Các mẫu được thu thập từ các mẫu vật có độ phóng đại thấp để phân tích thành phần hóa học, với kết quả được trình bày trong Bảng 1. Như thể hiện trong Bảng 1, thành phần hóa học của các mẫu đáp ứng các yêu cầu của tiêu chuẩn JB/T 6396-2006. Mặc dù hàm lượng cacbon tương đối thấp, nhưng nó vẫn đáp ứng giới hạn sai lệch cho phép đối với thành phần thép được quy định trong tiêu chuẩn GB/T 222. Nồng độ của tất cả các nguyên tố khác đều nằm trong phạm vi quy định, khẳng định rằng thành phần hóa học đạt tiêu chuẩn.

1.4 Phân tích cấu trúc kim loại

Các mẫu được thu thập từ vị trí khuyết tật của mẫu gãy để phân tích cấu trúc kim loại. Sau khi mài và đánh bóng, kiểm tra bằng kính hiển vi cho thấy nhiều tạp chất phi kim loại trong mặt cắt dọc của mẫu; hình ảnh của các tạp chất này được thể hiện trong Hình 5. Sau khi khắc bằng dung dịch axit nitric-cồn 4%, cấu trúc vi mô cho thấy thành phần perlit-ferit với các đặc điểm cấu trúc kim loại bình thường. Hình ảnh cấu trúc kim loại cơ bản được trình bày trong Hình 6.

1.5 Phân tích bằng kính hiển vi điện tử

Các mẫu được thu thập tại các vị trí được thể hiện trong Hình 3 để phân tích bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM). Hình thái của tạp chất dưới kính hiển vi SEM được trình bày trong Hình 7. Hình thái gãy của chất nền thể hiện các đặc điểm của gãy lệch vị trí, như được thể hiện trong Hình 8. Phân tích phổ tán xạ năng lượng (EDS) của tạp chất cho thấy thành phần của nó chủ yếu bao gồm các nguyên tố như Al, Si và Ca, như được minh họa trong Hình 9 và 10.

2. Phân tích và thảo luận

Phôi trục cán thể hiện các khuyết tật nghiêm trọng ở độ phóng đại thấp, với nhiều tạp chất phi kim loại có thể nhìn thấy dưới độ phóng đại cao. Phân tích bằng kính hiển vi điện tử quét và quang phổ tán xạ năng lượng của các bề mặt gãy bị ảnh hưởng nghiêm trọng cho thấy các khuyết tật chủ yếu bao gồm nhôm (Al), silic (Si) và canxi (Ca). Vì Al, Si và Ca không phải là các nguyên tố hợp kim chính của phôi trục cán 40CrMnMoA mà là các thành phần chính của chất khử oxy bằng nhiệt và khuếch tán (bột Si-Al-Ca-Ba) được sử dụng trong quá trình nấu chảy, nên các khuyết tật này được xác định là các tạp chất sản phẩm khử oxy chứa nhôm, silic và canxi. Dựa trên thành phần của các tạp chất, phương pháp khử oxy được sử dụng và vị trí của các khuyết tật, có thể kết luận rằng các tạp chất này được hình thành khi các sản phẩm khử oxy không bay hơi hoàn toàn hoặc bị giữ lại bởi các lớp màng oxit trong quá trình nấu chảy, sau đó xâm nhập vào phôi cùng với thép nóng chảy trong quá trình đúc. Trong quá trình rèn tiếp theo, lỗ rỗng không được loại bỏ hoàn toàn, cuối cùng dẫn đến các khuyết tật nghiêm trọng vượt quá giới hạn cho phép và làm cho sản phẩm rèn bị lỗi.

3. Kết luận

Lỗi nghiêm trọng thường gặp trong sản phẩm rèn trục lăn này là sự lẫn tạp chất xỉ, với các thành phần chính là các nguyên tố như Al, Si và Ca.