铰链梁缸体开裂原因：铸件中大量夹杂物和非调质组织以及缩松等引起

某公司生产的铰链梁，在制造过程中出现了开裂现象。铰链梁材质为ZG35CrMo钢。该合金钢具有淬透性好，综合力学性能高，回火脆性不明显且价格低廉等特点。在齿轮、转轴等重大零件中得到了广泛应用。ZG35CrMo铰链梁主要生产工艺流程为：砂型铸造一粗加工一调质处理一精加工。在精加T的时候发现开裂。开裂件宏观形貌见图1，开裂部位在其内孔孔壁边缘，裂纹扩展方向为径向。本文旨在通过化学成分分析、力学性能分析、金相分析、扫描电镜及能谱分析等来确定引起该铰链梁开裂原因。

1理化检验

1.1化学成分

采用美国LeemanProdigyXP全谱直读ICP发射光谱仪对零件材质进行化学成分分析，结果如表1所示。表中也列举了ZG35CrMo钢作为铰链梁对化学成分的技术要求。

从钢材化学成分的技术要求来看，材质中Si元素偏高，Mo元素偏低，不符合要求。

1.2力学性能

在铰链梁缸体的孔内壁及壁厚约1/4处分别取样，进行拉伸及冲击试验，测试结果见表2。从表可以发现，无论是边缘还是心部，材料韧性均较低，不满足实际应用的要求。

1.3金相组织分析

为了具体分析引起材料性能变差的内部机理，分别对孔内壁裂纹附近及裂纹尖端附近取样，进行金相组织观察（图2），组织为珠光体+块状铁素体+魏氏铁素体，组织粗大。

孔内壁处及壁厚约1/4处金相组织形态见图3。组织为珠光体+块状铁素体+魏氏铁素体+粒状组织，组织粗大。对夹杂物进行观察发现，试样中夹杂物数量较多，且部分夹杂物集中分布，见图4。

1.4裂纹及断口分析

1.4.1裂纹形态分析

从裂纹的宏观形态图l(b)可以看出，裂纹在内孔内壁处张开较大，而越向壁厚深处发展，裂纹越细，可以初步确定裂纹起始于孔内壁。分别在裂纹起始区及裂纹尖端区截取金相试样，其抛光态特征见图5。可以看出，裂纹的扩展路线上有较多夹杂物或显微缩孔。X-射线能谱分析结果表明，夹杂物主要为Al、Ca、Mg、Si等的氧化物及MnS夹杂，见图6。

1.4.2原始断口分析

为了观察裂纹的断裂特征，需将裂纹打开，以露出其断面。裂纹源区外观及掰开后断口宏观形貌见图7，很明显，裂纹起源于孔内壁表层，裂纹源区即为图7(b)中深色的半圆形区域。

扫描电镜观察的裂纹源区低倍形貌见图8，断面上密集分布着许多缩松类铸造缺陷。对源区夹杂物进行了能谱分析（图9），主要为氧化物及硫化物夹杂。裂纹扩展区断口微观形貌见图10，主要为解理特征，解理面一般较大，说明材料组织较为粗大。

1.4.3冲击断口分析

从材料力学性能测试发现，材料韧性偏低，因此对冲击断口进行分析，以找出韧性偏低的原因。孔内壁附近区域冲击断口低倍及高倍形貌见图11;壁厚1/4处冲击断口低倍及高倍形貌见图12。两个断口形貌相似，均主要为脆性特征，微观形貌呈解理特征，解理面较大，反映出粗大的晶粒及魏氏组织特征。

2讨论与分析

ZG35CrMo钢是Cr-Mo系中碳调质钢，其最终的热处理状态为调质态，这样才能保证材料具有较好的综合性能。正常情况下，调质后材料的金相组织应为回火索氏体。但是该铰链梁，无论是铸件表面部分（裂纹源所在区域），还是铸件的内部，其金相组织均为珠光体+块状铁素体+魏氏体，且组织粗大，说明该区组织未达到调质处理的要求。从其组织特征看，若经过调质处理，则处理时的淬火温度未达到奥氏体区，仍处于两相区，或者根本就未经过调质处理。组织的粗大和魏氏组织的存在，使材料的综合性能尤其是韧性大大降低，而脆性明显增加。裂纹断口及冲击断口均表现出明显的脆性特征。另外，各区力学性能波动较大，说明铸件各区不均匀。为了消除铸造应力，并使组织更均匀，晶粒细化，为后期处理提供合适的组织，一般铸件在铸造后、调质处理前要进行1道退火或正火处理。

铸件存在大量的氧化物和硫化物夹杂也是引发裂纹的主要原因，这些缺陷的存在造成了基体的不连续，在应力作用下，这些缺陷区往往会优先形成微裂纹。

3结论

通过以上讨论分析可以发现，该铰链梁缸体断裂的主要原因是铸件中有大量夹杂物和非调质组织，以及在铸造过程中形成的缩松等铸造缺陷。在应力作用下，造成裂纹的产生与扩展。