钢液成分偏析对连杆结构件断裂的影响分析

35CrMoA钢棒材在热模锻成连杆结构件时发生脆断，出现粗晶粒沿晶断裂和板条状断裂组成的混合断裂形态，在阳光下脆性断口呈黑色闪光。从沿晶断口特征看该结构件的晶粒十分粗大，最大超过1mm，晶界表面已经严重氧化，甚至曾经发生熔化，在晶界表面有一层氧化层，足以证明该钢热模锻加热温度过高，已经达到了过烧的程度。

产生断裂的另一个因素是在断口的中心位置形成一个宽3mm的贯穿钢棒直径的板条状断裂带。裂纹两边的断裂形态明显不同，下边光滑的条带是在铁素体断裂时形成，上边的韧性断裂带是在贝氏体断裂时形成，裂纹发生在贝氏体和铁素体组织差异较大的相界面。

X射线能谱仪分析表明，带状组织区的贝氏体条带，Cr、Mo、S、P等元素的含量明显高于基体和铁素体细条带的含量，是这些元素的正偏析，属于一种质点偏析冶金缺陷，从而形成碳和合金元素富化带和贫化带。在缓冷条件下，先在碳和合金元素贫化带（过冷奥氏体稳定性较低）析出先共析铁素体，而将多余的碳和合金元素排入两侧的富化带，最终形成以宽贝氏体条带为主铁素体细条为辅彼此层叠的带状组织。成分偏析愈严重，形成的带状组织也愈严重。由于带状组织中的宽贝氏体条和铁素体细条显微组织不同，它们的断裂韧性也不同，在外力作用下，在强弱带之间会产生应力集中，因而造成了钢的总体力学性能的降低和明显的各向异性，在宽贝氏体条和铁素体细条的边界产生条状裂纹。由于带状组织造成了钢的各向异性，降低了力学性能，从而加重了过烧产生的脆性断裂。(www.xing528.com)

质点偏析是一种局部区域成分偏析现象，是在结晶过程形成的。钢在凝固过程中，由于选分结晶的结果，固相成分和液相成分是不一样的。由于纯净金属有更高的熔点，因此先结晶的金属杂质较少，晶粒长大发生在结晶前沿的钢液，钢液金属中会富集更多的C、P、S及合金元素，钢中气体的溶解度会随着钢液温度的降低而减小，固态钢的气体会大大低于液态钢，气体主要是从钢的固液两相共存区域内析出。气体和杂质的析出是同步的，析出的气体一部分以单相气泡形式出现，另一部分向温度较高的钢液中扩散。在这种条件下，钢液中的气体主要是氢，在继续结晶过程中，在固液两相共存的糊状区，容易析出并达到饱和，而形成与连铸坯轴线平行的“气流”。由于气体、杂质和合金元素主要在固液两相共存的情况下析出，而这时的树枝晶的晶干由于先结晶已经凝固，因而气流被迫沿晶间尚未凝固区上升，气流在上升过程中，吸附了大量杂质，当数量足够多时，便会滞留在树枝晶的晶干之间，故C、P、S及合金元素便会偏聚在树枝晶间上升“气流”的轨迹上，这样就形成了低倍组织的质点偏析。

35CrMoA钢棒材在热模锻成连杆结构件时发生脆断，是过烧和质点偏析产生的带状组织共同作用的结果。