42CrMoA冲击式凿岩钎杆用钢淬火开裂缺陷分析与研究
１ 概况
冲击式凿岩钎杆的工作条件较苛刻，多在高频率、高冲击功凿岩机施加的拉压、弯曲、扭转循环应力作用下接触并破碎岩体，从而承受巨大的冲击载荷和磨料的剧烈磨损，同时还经受岩石、岩粉和矿水等工作介质的磨蚀作用。钎杆钢成分的合理控制以及纯洁性和均匀性、轧制锻造过程的组织控制、下料后的机加工工艺以及热处理工艺各个环节都影响其疲劳寿命。某批加工流程为下料→车削→锻尖→正火→淬火→低温回火的钎杆尾部发生开裂，为寻求导致缺陷发生的原因，对缺陷样品进行了理化检验并分析。
该批发生开裂的钎杆尾部有３种缺陷形貌，一种在截面边缘处环裂，一种横穿截面直线状缺陷，一种是截面边缘掉块。本次试验对３种缺陷各取一块试样，外加一个正火后待淬火的正常钎杆试样。
２ 试样检验
２．１ 宏观形态分析
１）图１（ａ）是边缘环裂缺陷的宏观形貌。在截面边缘处开裂，距离截面边缘２０ｍｍ处，裂纹占圆钢约１／４。从环裂形貌初步判断是典型的淬火裂纹。
２）图１（ｂ）是直线状缺陷的宏观形貌。在圆钢截面上直线状，但纵向无缺陷深度，判断为划道。
３）图１（ｃ）是边缘掉块缺陷的宏观形貌。截面边缘处掉块，约占整体试样边缘的１／２。从断口形貌判断与第一个试样造成环裂的原因一致，在截面约２０ｍｍ。
２．２ 低倍检验
缺陷试样靠肉眼可看出明显缺陷形貌，将正火后待淬火的正常试样酸洗，依据标准ＧＢ／Ｔ２２６－２０１５处理后未任何发现缺陷，低倍检验结果见图２，中心疏松和一般疏松均是１.５级，锭型偏析１级。
２．３ 硬度检验
硬度检验结果见表１。试样结果边缘和１／２半径处的硬度相差约５０ＨＢＷ，试样截面边缘（即环裂或掉块的外侧）为回火马氏体，靠近缺陷处有大量铁素体存在，符合组织转变规律。
２．４ 金相检验
１）图３（ａ）是边缘环裂缺陷试样环裂裂纹向外侧的金相，图３（ｂ）是向内侧的组织。边缘环裂缺陷试样的最外端和内侧靠近缺陷处的组织，皆为回火马氏体组织，但内侧靠近缺陷处的铁素体较多。整体圆钢横截面边缘组织为回火马氏体，但由图３（ｃ）可知，心部是贝氏体＋铁素体、珠光体（少量）。从截组织试样分析，因为冷速不够，边缘环裂缺陷试样内外侧组织（铁素体占比）差异较大。
２）图４是直线状缺陷的金相。边缘组织图４（ａ）为贝氏体＋铁素体，１／２半径组织图４（ｂ）为贝氏体＋铁素体，心部组织图４（ｃ）为珠光体＋铁素体。
３）边缘掉块缺陷附近的组织图５（ａ）与环裂一致为回火马氏体，靠近缺陷处的组织图５（ｂ）为回火马氏体与大量铁素体。
４）图６（ａ）（ｂ）（ｃ）是分别为正火后待淬火的正常试样边缘、１／２Ｒ、心部的组织，皆为为珠光体＋铁素体，其中铁素体由边缘到心部的占比逐渐增加。
２．５ 化学成分分析
４个试样的主要化学成分见表２。
环裂缺陷试样成分的Ｓ、Ｎｉ元素虽然符合标准ＧＢ／Ｔ３０７７－２０１５中对ＣｒＭｏ钢的要求，大多数冲击式凿岩钎杆４２ＣｒＭｏＡ用钢的Ｓ元素会设计０.００８％以下，Ｎｉ元素设计０.０５％～０.０８％，但环裂缺陷试样的Ｓ元素在０.０１７％，Ｎｉ元素在０.０３％，相差较大。
划道缺陷试样无Ｍｏ元素，化学成分缺少Ｍｏ元素，较为接近４０Ｃｒ；掉块缺陷试样的Ｃｒ元素１.２１％～１.２３％，超出标准ＧＢ／Ｔ３０７７－２０１５；正火后待淬火的正常试样的Ｓ、Ｎｉ元素与环裂缺陷试样发生的问题一样。
３ 结语
１）宏观上环裂和掉块是同一原因导致的不同缺陷；截面中间缺陷无任何纵向深度因此可以判断是划道；正火后待淬火的正常试样酸洗后无任何缺陷。
２）通过金相观察，环裂和掉块的边缘处组织为回火马氏体，靠近缺陷处为回火马氏体＋铁素体，故产生缺陷的原因是冷却速度较快，产生较大的应力导致的环裂和掉块。
３）正火后待淬火的正常试样的组织是珠光体＋铁素体，不是正常的正火组织（贝氏体＋马氏体），即试样存在正火温度低、保温时间不足的情况。
４）需要降低冷却速度，减弱淬透能力。工艺改进措施为：降低钢材合金成分的波动；降低淬火温度；延长淬火入水时间；淬火入水后再出水４５～５５ｓ后再入水；加工的圆角再圆滑过渡一些，减少尖角影响。