GCr15钢裂纹的原因，一起来看下
某公司新进一批GCr15钢制零件，进厂检验时发现裂纹。随后对本批零件进行磁粉探伤，发现该批零件全部出现裂纹。
1.研究内容及方法
(1)化学成分分析对零件表面和内部使用OBLF直读光谱仪进行化学成分分析，结果如表1所示。
表1 钢制零件化学成分(质量分数) (%)
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元素
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C
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Si
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Mn
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P
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S
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Cr
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GB/T18254要求
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0.95～1.05
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0.15～0.35
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0.25～0.45
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≤0.025
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≤0.025
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1.40～1.65
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内部检测结果
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0.991
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0.211
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0.305
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0.012
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0.005
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1.465
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表面检测结果
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0.785
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0.207
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0.302
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0.011
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0.005
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1.429
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从零件内部的化学成分可以看出，零件化学成分符合GB/T18254中GCr15要求，从表面与内部的化学成分数据对比可以看出，零件表面存在脱碳现象。
(2)金相组织观察对零件进行非金属夹杂物检验，检验结果见表2，所含非金属夹杂物均符合GB/T18254要求。
表2 非金属夹杂物检验结果
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非金属夹杂物类型
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GB/T18254要求
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检测结果
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细系
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粗系
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细系
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粗系
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A
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≤2.5
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≤1.5
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0
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0
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B
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≤2.0
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≤1.0
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0.5
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0
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C
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≤0.5
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≤0.5
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0
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0
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D
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≤1.0
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≤1.0
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0
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0
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对零件表面进行金相制样(未腐蚀)，使用LEICA DM4000M显微镜观察零件表面，裂纹呈现网状。
为了更清楚地显示裂纹形貌，对零件切割进行了横截面显微观察，金相制样未腐蚀后观察发现了许多由表面向内扩展延伸的裂纹，是一条从表面向内延伸的裂纹，裂纹长度约为200μm。裂纹附近未见非金属夹杂物，图4显示裂纹呈现出曲折、间断的相似形貌，而且裂纹体的有些部位出现了分叉现象。说明淬火时较大的内应力(包括组织应力和热应力)使得材料表面多处发生了开裂。
对横截面金相样品腐蚀后，零件为正常部位与裂纹处组织均为正常的GCr15淬回火组织：回火隐针马氏体+碳化物+残留奥氏体，未见过热及过烧的粗大晶粒级粗大的网状碳化物。裂纹两侧未见明显脱碳，说明裂纹形成与淬火加热后。
2.表面网状裂纹产生的原因分析
零件均为GCr15高碳合金钢制造的壁薄壁零件,热油淬火时极易淬透。因马氏体与奥氏体如表3所示其比容存在差异以及奥氏体、马氏体与碳化物热膨胀系数的巨大差异，零件淬火时会产生很大的组织应力和热应力。
表3 钢中各种相的比容
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相组成
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wC（%）
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比容/(cm3/g)
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奥氏体
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0～2
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0.1212+0.033（%C)
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马氏体
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0～2
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0.1271+0.0025（%C)
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零件在淬火过程中表层先冷，中心后冷，存在表心温差，在冷却初期表层下降比心部快，表层较大收缩收心部的牵制，表层产生拉应力。由于心部的马氏体相变落后于表面,且马氏体比容大于奥氏体，因此零件表面的存在组织压应力,但是由于表面存在脱碳，淬火过程中降低了心部奥氏体与表面马氏体的比容差，降低了表面本来应该有的压应力。表面脱碳层造成淬火后内层马氏体含碳量高于表面马氏体含碳量，由表3可以得出内部的马氏体的比容大于表面马氏体比容，这样表面形成的马氏体与内部的马氏体体积差大，使表面造成很大的拉应力，当上述总应力超过零件本身强度即导致零件开裂，形成表层的张开型淬火裂纹。
3.结语
(1)该批GCr15钢制零件出现表面网状裂纹，应当报废处理。
(2)零件裂纹形成与淬火后，由淬火后应力造成。
(3)GCr15钢制零件热处理过程中，应当防止表面脱碳。
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