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专业知识

U型螺栓加工过程中断裂原因分析

2020-09-07

42CrMo圆钢在加工成U型螺栓过程中出现断裂现象,采用ARL3460直读光谱仪、金相显微镜和扫描电镜对U型螺栓试样进行分析。分析结果表明,U型螺栓断裂为试样在调质过程中由于淬火内应力过大引起的沿晶淬火开裂。

1、检验结果
1.1结论

使用ARL3460直读光谱仪对U型螺栓试样进行光谱检测,化学成分见表1。

由化学成分检测结果可知,该U型螺栓的材质符合国家标准GBT 3077-2015《合金结构钢》的成分要求,特别是有害杂质元素硫和磷的含量优于国家标准,在正常使用的情况下不会使材料脆性增加。成分分析结果表明,U型螺栓试样的化学成分无异常。

1.2宏观形貌

对断裂试样断口进行宏观观察,试样断口放射线从螺栓边部向四周发射,通过试样上的放射纹走向可知,裂纹源位于试样边部的红框区域,然后向外扩展。当裂纹扩展至整个横截面时,U型螺栓断裂。见图1。

图1 断裂螺栓的宏观形貌
1.3金相组织

使用LEICA倒置数字显微镜(型号:DMILM)对U型螺栓试样缺陷附近位置进行组织观察。如图2所示,试样的基体组织为回火索氏体。

图1 组织形貌 500×
1.4电镜分析

使用ZEISS扫描电子显微镜(型号:EVO18)观察裂纹源处对应的试样表面,试样表面未见异常缺陷,靠近裂纹源处见沿晶断裂形貌,见图3。

图3 试样表面形貌(裂纹源处对应表面)

对图2红框区域裂纹源进行观察,裂纹源处未见异常夹杂,裂纹源附近断口见沿晶二次裂纹,见图4、图5。

图4 裂纹源处微观形貌
图5 沿晶二次裂纹

裂纹快速扩展区断口表面覆盖较厚的氧化铁,无法确认断口形貌,见图6,由断口表面覆盖较厚氧化铁皮可知,裂纹产生于高温回火之前。

图6 快速扩展区断口氧化
2、分析与讨论

1)由化学成分分析可知,U型螺栓的化学成分符合国家标准GBT 3077-2015《合金结构钢》对42CrMo 圆钢的要求。

2)试样的基体组织为回火索氏体,试样组织正常。

3)U型螺栓裂纹源处未见异常夹杂。

4)由缺陷试样的裂纹源处出现的沿晶裂纹、裂纹源附近断口处的沿晶二次裂纹及断口表面覆盖较厚氧化铁皮可知,试样断裂产生于淬火过程中,可以判定试样断裂为沿晶淬火开裂。

3、结论

由成分、组织和断口形貌的分析结果表明,42CrMo圆钢在加工成U型螺栓过程中出现断裂为试样在淬火过程中产生的沿晶淬火开裂。因此,应合理地控制好淬火温度, 严格控制好保温时间和冷却速度。

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