G50鋼是我國(guó)自行設(shè)計(jì)的一種不含鈷的低合金鋼，因其具有高強(qiáng)度高韌性的特點(diǎn)，常用于航空航天、智能彈藥等軍事領(lǐng)域，冶煉工藝一般為真空感應(yīng)＋電渣重熔。我公司某型號(hào)航天產(chǎn)品用G50鋼在進(jìn)廠驗(yàn)收中，發(fā)現(xiàn)鋼材低倍試片上存在大量暗黑色斑點(diǎn)，且沿半徑方向呈放射狀分布，經(jīng)對(duì)照ASTM A604標(biāo)準(zhǔn)判定為徑向偏析。
為了探究徑向偏析對(duì)鋼材力學(xué)性能的影響，對(duì)原材料鋼材取樣進(jìn)行了低倍試驗(yàn)，熱處理后分別進(jìn)行了力學(xué)性能試驗(yàn)及金相組織分析。鋼材熱處理工藝為：900～930℃正火，660～700℃退火，860～900℃油冷淬火，250～350℃空冷回火。
1.理化檢驗(yàn)
（1）宏觀檢驗(yàn)
某型號(hào)航天產(chǎn)品用G50鋼在橫截面低倍組織上發(fā)現(xiàn)大量黑色斑點(diǎn)，且沿半徑方向呈發(fā)散狀分布，如圖1所示，依據(jù)ASTMA604《自耗電極再溶化鋼棒與鋼坯的宏觀腐蝕試驗(yàn)方法》評(píng)定為徑向偏析C級(jí)。
圖1 G50低倍組織
（2）力學(xué)性能試驗(yàn)
分別在未發(fā)現(xiàn)徑向偏析與發(fā)現(xiàn)徑向偏析的鋼材上取拉伸試樣與沖擊試樣進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，依據(jù)GB/T 228.1—2010在電子萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，依據(jù)GB/T 229—2007在擺錘試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行沖擊試驗(yàn)；試驗(yàn)結(jié)果見表1，表2。
表1 未發(fā)現(xiàn)徑向的偏析鋼材力學(xué)性能
試樣 | Rm | Rp0.2 | A | Z | K-u2 |
1 | 1772 | 1449 | 11.5 | 47 | 65 |
2 | 1763 | 1438 | 11.0 | 46 | 66 |
3 | 1756 | 1436 | 12.0 | 48 | 70 |
4 | 1774 | 1440 | 11.5 | 47 | 68 |
表2 發(fā)現(xiàn)徑向偏析的鋼材力學(xué)性能
試樣 | Rm | Rp0.2 | A | Z | K-u2 |
1 | 1772 | 1452 | 12.0 | 48 | 62 |
2 | 1766 | 1443 | 11.5 | 49 | 63 |
3 | 1769 | 1444 | 11.0 | 48 | 64 |
4 | 1769 | 1446 | 11.5 | 47 | 66 |
由未發(fā)現(xiàn)徑向偏析與發(fā)現(xiàn)徑向偏析的鋼材的力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果表明，徑向偏析對(duì)G50鋼材的力學(xué)性能影響不大，其中沖擊吸收功略有降低，但均滿足產(chǎn)品性能指標(biāo)要求。
（3）金相檢驗(yàn)
在鋼材徑向偏析處取金相試樣，磨制、光后，用4%硝酸酒精對(duì)試樣進(jìn)行侵蝕，在光學(xué)顯微鏡下觀察其組織形貌，如圖2所示。
圖2 組織形貌（500×）
可見鋼材徑向偏析處組織為正常的回火索氏體組織，滿足材料的組織要求。
2.分析與討論
由試驗(yàn)結(jié)果得知，徑向偏析對(duì)G50鋼材的力學(xué)性能影響不大，徑向偏析處組織為正常的回火索氏體組織，其中沖擊吸收功略有降低，但均滿足產(chǎn)品的各項(xiàng)技術(shù)要求。
偏析是金屬內(nèi)各個(gè)區(qū)域內(nèi)化學(xué)成分或組織不均勻分布造成的結(jié)果，徑向偏析為聚集的碳化物或雜質(zhì)造成，近似于GB/T 1979—2001《結(jié)構(gòu)鋼低倍組織缺陷評(píng)級(jí)圖》中的點(diǎn)狀偏析，點(diǎn)狀偏析是鋼液在結(jié)晶過程中產(chǎn)生的成分偏析，具有點(diǎn)狀偏析的鋼材容易在偏析斑點(diǎn)處產(chǎn)生應(yīng)力集中導(dǎo)致疲勞失效。
由于本航天產(chǎn)品為一次性使用產(chǎn)品，使用過程中不會(huì)受到連續(xù)、反復(fù)載荷，可以忽略疲勞對(duì)產(chǎn)品的影響。
3.結(jié)語(yǔ)
（1）徑向偏析對(duì)G50鋼材的力學(xué)性能影響不大，但對(duì)鋼材的疲勞性能有一定的影響。
（2）由于本產(chǎn)品是一次性使用產(chǎn)品，可以忽略疲勞對(duì)產(chǎn)品的影響，因此可判定產(chǎn)品合格。
（3）提醒廠家嚴(yán)格注意后續(xù)鋼材質(zhì)量，加強(qiáng)過程監(jiān)控，杜絕各類缺陷出現(xiàn)。
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