碳素铸钢及低合金铸钢【ZG35CrMo钢】-8

材料名称：ZG35CrMo钢［w（C）0.37%，w（Mn）0.59%，w（Si）0.31%，w（Cr）0.59%，w（Mo）0.25%，w（P）0.018%，w（S）0.11%］
浸蚀剂：图1～图3未浸蚀；图4～图10经4%硝酸酒精溶液浸蚀
处理情况：铸件经880～920℃正火，600～620℃回火6h
组织说明：腐蚀疲劳。图1所示为下缸盖外侧水腔内的裂纹分布情况。图2所示为外侧水腔主裂纹的断口情况。图3所示为主裂纹断口表面的氧化腐蚀产物。图4所示为热腐蚀疲劳裂纹穿晶扩展。
   万吨轮柴油机气缸的下缸盖在运行过程中，经常发生开裂。开裂缸盖占生产总量的50%左右。发生开裂的下缸盖其工作时间最短的仅为500h，最长的也不超过2000h，严重影响了万吨轮柴油机的质量和万吨轮的正常航行。
   裂纹均发生于水腔内，起于进水口对向的支承面根部，用钻头将缸盖外圈钻下，清洗水腔内壁油垢，则裂纹清晰可见，沿着水腔圆周弯曲延伸，总长在300～400mm之间，如图1所示。
沿垂直于裂纹方向截取试样，发现裂纹已横贯整个断面裂穿，断口上锈垢严重，清洗后可知属于疲劳破坏，且有多个疲劳源，各自独立产生和发展，并逐渐相互连接，向内扩展，促成缸盖的疲劳断裂，如图2所示。
   在水腔壁近主裂纹处切取试样做金相观察，发现裂纹表面有严重的腐蚀凹坑，坑内充满氧化腐蚀产物，如图3所示。浸蚀后，试样表面除氧化腐蚀外，稍有脱碳，组织为铁素体及极少量珠光体，向内即为铁素体和珠光体基体组织。从试样上所见的裂纹分布形貌来看，为穿晶分布，如图4所示。
试样用汽油、四氯化碳去除表面的大块氧化物，再用机械清洁法清洗断口，并用二次复型，在电子显微镜下观察裂纹开始部位，发现腐蚀非常严重（见图5所示），已有明显受环境（介质、水、热）腐蚀的珠光体层状组织和表面有许多腐蚀凹坑的铁素体晶粒；图6所示为明显的泥状腐蚀花样；图7所示组织中有台阶层次的腐蚀花样；图8所示组织中有腐蚀沟槽花样。从这些电镜照片中均可以看出裂纹为穿晶应力腐蚀。图9和图10所示组织中有明显的腐蚀疲劳特征，即粗疲劳辉纹。这可以认为是低周次的应力作用，在粗辉纹上面有细密的辉纹重叠。在整个辉纹区内均有腐蚀坑，证明缸盖确是受腐蚀疲劳而开裂的。
   经过以上分析，包括电镜观察，说明发动机运行时，气缸盖水腔部分受到较高的应力和热的作用（工作温度在450℃左右），并处于交变载荷的条件下，同时，水腔内还受到介质的腐蚀。因此，缸盖在工作过程中的开裂是应力腐蚀疲劳破坏的结果。
   由于ZG35CrMo钢的铸造性能比低碳钢的差，从宏观检查，该缸盖的疏松级别和树枝状偏析均较严重，铸造时又不容易在水腔内产生微裂纹，并且这些裂纹很难检出。此外，含碳量高的钢的电化学腐蚀性能也比含碳低的钢差。鉴于上述原因，建议采用ZG20CrMo钢铸造缸盖，从而提高材料的疲劳抗力和电化学腐蚀性能，结果使用期限超过8000h，下缸盖的质量仍安然无恙。

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