1 35CrMnSi销轨结构分析
销轨铸件是某煤矿刮板输送机零件，外观尺寸为
650 mm×250 mm×300 mm，材质为ZG35CrMnSi钢，采用消失模铸造。35CrMnSi钢属于低合金结构钢，经调质处理后，具有良好的强韧性。在使用过程中发现，铸件成批断裂，见图1。
该铸件的具体铸造工艺如下：熔炼脱氧后在1 600～1 630℃静置3～5 min，浇注温度为1 590～1 620℃，较砂型铸造稍高，利于消失模气化。模样采用EPS板材电热丝切割、粘结而成，EPS密度为32kg/m3，粒径为0. 5～0.6 mm。采用棕刚玉消失模专用涂料，棕刚玉粒度为200目，涂层厚度为1.0～1.2mm，涂料透气性满足要求。采用侧注式浇注系统。造型过程为：模样放入砂箱一填砂造型一振动紧实一抽真空一浇注。真空系统采用水环式真空泵，侧抽式砂箱，真空度为-0. 053～-0. 067 MPa。
2 35CrMnSi销轨断裂失效分析
2.1 宏观断口分析
宏观断口采用随铸件一起浇注的抗拉试棒来观察，试棒未经任何处理。试样断口宏观形貌见图2，发现断口类似蜂窝状，组织粗大，观察到夹杂或者夹渣，从断口判断为脆性断裂。
2.2微观断口分析
在未经腐蚀的条件下，试样抛光后，在光学显微镜下可观察到大量非金属夹杂、个别夹带孔洞和裂纹，见图3。
用试棒制成Φ15 mm×15 mm的试样，进行粗磨、细磨、抛光，然后采用体积分数为4%的硝酸酒精腐蚀获得金相试样，并在金相显微镜下进行观察。
35CrMnSi销轨的金相显微组织见图4。试样同样存在大量夹杂，个别夹杂带有孔洞。同时，组织不是很均匀，有条状或者类似针状组织，局部有一定方向性。
经观察分析，铸件断裂主要由夹渣引起的，一是冶炼时脱氧不良引起的，二是泡沫模样气化后生成大量气体和因气化不足而产生残渣。
2.3化学成分分析
在铸件断口位置取样，测得其化学成分见表1。由表1可见，试样中C、Mn、Si含量偏高，而Cr含量偏低。
C含量越高，硬度、耐磨性越高，但塑性和韧性降低，冷脆倾向性和时效倾向性也有提高；Mn含量过高，对铸钢基体产生固溶强化作用，提高了其强度和硬度，但降低了其韧性，并且Mn含量的增加会促进奥氏体晶粒长大，导致钢的力学性能降低，特别是韧性下降，甚至可造成在淬火时形成裂纹。Si在钢中能细化晶粒、提高钢的淬透性、强度与硬度、耐热性与耐腐蚀性能，但过高会容易产生晶界偏聚从而引起综合力学性能下降，特别是韧性下降。根据常识，Mn、Si含量稍高不会引起塑性和韧性的大幅降低。Cr含量过低，对其力学性能不利，但对塑性和韧性没有不良影响。
2.4 力学性能测试
测试了试样的抗拉强度和硬度，执行标准为GB/T228-2002，标距为50 mm，试样直径为10 mm，规定非比例伸长率为0. 20%，最大拉伸力Fm为70.58 kN，抗拉强度为900 MPa，弹性模量为74. 94 GPa，试验测得的拉伸力一位移曲线见图6。
拉伸过程中，试样几乎未发生屈服现象，也无颈缩现象（断口形貌见图7），断裂时伸长率为9.4%。断口形貌（见图7）与产品的断口（见图2）一样。平均硬度(HRB)为235，满足要求。
3 改进措施
销轨铸件断裂的主要原因是增碳和夹渣，结合前述的具体铸造工艺，提出以下预防措施：①在炼钢配料时适当降低C含量，可以配在标准成分的下限以下。因为在消失模铸造时，会产生增碳现象且增碳无规律，铸件断裂与增碳导致塑性下降、脆性增加有极大的关系；②选用低密度的材料，如用EPS-PMMA或者PMMA替代EPS模样；③采用空心的模样结构，或者在消失模铸造工艺中先预先气化然后浇注，或改用砂型铸造工艺；④Mn、Si和Cr等合金元素在炼钢配料时配成标准成分的中限或者接近上限，保证铸件成分合格。
4、摘要
利用宏观及微观断口分析、成分分析、力学性能测试对消失模铸造生产的ZG35CrMnSi钢销轨断裂进行失效分析。结果显示，ZG35CrMnSi钢销轨断裂的宏观组织和显微组织含有大量的夹渣，C、Si及Mn超出标准成分上限较多，塑性、韧性不足，从而导致ZG35CrMnSi钢销轨成批脆性断裂。在采用低密度的EPS-PMMA或者PMMA制作模样，采用空心的模样结构或改用砂型铸造工艺，并严格控制该铸件的化学成分，减少夹渣，提高其塑性和韧性，避免脆性断裂。
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