42Cr9Si2锻造活塞头裂纹原因分析

张晓云，武琳琳

1. 活塞头技术要求

该活塞头为模锻件，材料为40Cr9Si2（GB/T1221），其非金属夹杂物综合特性值K4≤30。工艺路线为：锻造→等温退火→机加工→调质→机加工，锻造时锻件镦粗比＞2，经等温退火后硬度≤270HBW。粗加工上下端面调质处理后，零件本体力学性能要求为：σb=900～1050MPa、σ0.2≥700MPa、δ5≥14%、ψ≥35%、266～310HBW。

2. 发现裂纹

该批活塞头共100多件，首批22件调质处理后发现3件表面有图1所示的明显裂纹。

从首批剩余19件中取硬度最高与最低各一件进行力学性能试验，结果见附表，拉伸试样断口如图2所示（首批剩余17件）。

两件试样断面均有缺陷，且组织粗大。对首批剩余的17件全部进行磁粉检测，发现4件有裂纹，其余正常。

粗车22件未经调质处理锻坯的上下面，进行磁粉检测，发现7件有显微裂纹，如图3所示。

为进一步验证裂纹缺陷的严重程度，对2件经磁粉检测有裂纹的锻件毛坯整体加工2mm（表面粗糙度Ra3.2mm），再进行磁粉检测检验都有裂纹。任取1件经磁粉检测有裂纹的锻件毛坯，对裂纹处及裂纹附近处金相组织进行分析，未检出与磁痕相关的组织异常。对该批零件的原材料按GB/T10121《钢材塔形发纹磁粉检验方法》、GB/T15711《钢材塔形发纹酸浸检验方法》进行检查，均未发现裂纹或异常。

3. 结语

该材料属于耐热钢，含有大量合金元素，导热性差，塑性较低，加热时没有控制升温速度，过快升温，锻造时组织应力和热应力叠加，导致零件开裂。通过采用分段加热，控制升温速度的加热方式生产，从而保证了产品质量。

图1 活塞头调质处理后表面裂纹

图2 拉伸试样断口

图3 活塞头锻坯表面裂纹

力学性能试验结果