第39卷第5期2014年5月HEATTＲEATMENTOFMETALSVol.39No.5May201423CrNi3Mo钢钎具断裂失效分析黄斌1，2，周乐育1，刘雅政1，闫永明1，陈列2，王磊英2(1．北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083;2．西宁特殊钢股份有限公司，青海西宁810005)摘要:采用扫描电镜和光学显微镜观察了不同类型23CrNi3Mo钢钎具疲劳破坏缺陷试样断裂形貌及显微组织，分析讨论了缺陷试样失效的原因。结果表明，高疲劳寿命的阿特拉斯钎尾缺陷试样在疲劳源裂纹萌生、扩展过程中，塑性变形特征明显，表明其具有良好的抵抗疲劳裂纹扩展能力，而国内潜孔钻头试样脆性断裂特征明显。两种缺陷试样表面均为高硬度渗碳马氏体层，但阿特拉斯钎尾缺陷试样渗碳层与基体组织的下贝氏体过渡区域较宽，基体以贝氏体组织为主，硬度梯度过渡平缓，具有良好的强度与韧性匹配;而国内潜孔钻头试样的过渡区域较窄，基体是马氏体组织。可见合理的硬度梯度分布对钎具钢强韧性匹配和疲劳寿命影响很大。关键词:23CrNi3Mo钎具钢;疲劳断裂;渗碳;硬度梯度:TG142．1文献标志码:A:0254-6051(2014)05-0145-05Fracturefailureanalysisof23CrNi3MosteeldrillHuangBin1，2，ZhouLeyu1，LiuYazheng1，YanYongming1，ChenLie2，WangLeiying2(1．SchoolofMaterialsScienceandEngineering，UniversityofScienceandTechnologyBei激ng，Bei激ng100083，China;2．XiningSpecialSteelCo．，Ltd．，XiningQinghai810005，China)Abstract:Fracturemorphologyandmicrostructureofdifferentdefectsamplesof23CrNi3Mosteeldrilltoolswereobservedbyopticalmicroscopeandscanningelectronmicroscope(SEM)．Failurereasonofdrilltoolswasdiscussed．TheresultsshowthattheAtlasdefectsamplewithhighfatiguelifehasobviousplasticdeformationfeaturesduringfatiguecracksinitiatingandpropagating，anditisbenefittoresistfatiguecrackpropagation．Thefaileddown-the-holedrillsampleappearsbrittlefracturefeatures．Surfaceofthedrillsamplesbothhavecarburizedlayerwithhighhardness．Atlasdrillhaswellmatchinginthestrengthofcarburizedlayerandbainitematrix，forthewidetransitivezoneoflowbainitebetweencarburizedlayerandmatrix．So，Atlasdrillhaswellhardnessgradient．Thedown-the-holedrillhasnarrowtransitivezoneandmartensitematrix．Thusthereasonablehardnessgradientaffectsthematchingofstrengthandtoughnessandthedrillfatiguelifegreatly．Keywords:23CrNi3Modrillsteel;fatiguefracture;carburization;hardnessgradient随着能源、矿山建设的大规模发展，对钎钢、钎具提出新的要求。与国际先进钎具钢相比，我国钎钢的钢种成分设计基本相同，但制成的钎具产品使用寿命和质量相差较大，不能完全满足生产的需要。钎具工作条件苛刻，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，从而承受着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［1-3］。高品质钎具要求具有良好的强韧性匹配以保证其耐磨损和抗冲击性能，同时又要求具有良好的加工工艺性能和一定的耐蚀能力［3-4］。钎钢成分的合理控制以及纯净性和均匀性，轧制锻造过程组织控制，钎具机加工工艺以及热处理工艺，各个环节都影响到钎具的收稿日期:2013-12-03作者简介:黄斌(1972—)，男，高级工程师，博士研究生，主要从事特殊钢组织性能控制的研究，联系电话:13997198128，E-mail:huangbowen@163．comdoi:10．13251/j．issn．0254-6051．2014．05．038疲劳寿命［5-7］。因此，有必要进行钎具钢质量控制的系统研究。本文针对某厂生产的23CrNi3Mo钢潜孔式冲击器钻头发生的早期疲劳破坏，从缺陷观察入手，采用扫描电镜和光学显微镜观察了缺陷试样断裂形貌及显微组织，并测定了组织对应的显微硬度，分析讨论了缺陷试样发生失效的原因。同时分析了高疲劳寿命的阿特拉斯23CrNi3Mo钢钎尾缺陷试样，从断口形貌、渗碳层与基体显微组织特征、夹杂物形态与分布等分析入手，讨论了轧材、热处理工艺和机加工等对于综...