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      40Cr螺桿斷裂的分析

    2. 發布日期:2016-07-01
    3. 摘要:

       冷軋四輥軋機在使用過程中壓下螺桿端頭發生了破斷。該螺桿系外購件,由40Cr鋼制造,安裝使用僅一個星期,屬于早期斷裂?,F場調查表明,除螺桿端頭發生破斷及與其對接的銅襯被擦傷外,軋機其它部件完好。為查明事故發生原因,對其做了斷裂失效分析。

      試驗方法
        首先對斷裂現場進行調查,并對斷口進行宏觀分析及螺桿端頭受力分析。根據宏觀分析結果,在斷口及相鄰螺桿上切取樣品。用Olympus-PME3光學顯微鏡檢查非金屬夾雜物及顯微組織;用JCXA-733型電子探針顯微分析儀進行微觀斷口分析;用-3顯微硬度儀測定HV;對材質也進行了化學成分分析。
      試驗結果

      1.化學成分分析

      壓下螺桿的化學成分見表1,與GB3077-82《合金結構鋼技術條件》標準所規定的化學成分相比,符合要求。

      2.宏觀斷口分析

      壓下螺桿端頭斷裂件宏觀形貌見圖1。由圖1可見,斷口沒有宏觀塑性變形,呈脆性狀態,斷口形貌可分為三個區,1區較平坦,有細小的人字紋由右指向左,即裂紋由左向右進行擴展;2區為放射狀條紋區,所占面積較大,是裂紋快速發展區;3區為最終斷裂區,斷口較粗糙。在強光照射下,1區呈灰白色結晶狀斷口,2區也呈灰白色,且有明顯的小反射面存在,3區有強烈反光的小刻面存在。斷口自壓下螺桿端面起裂,距壓下螺桿柱面約12mm。
      螺桿化學成分
       
       

       光學金相檢驗

        經觀察,螺桿端頭顯微組織中有復合氧化物夾雜及硫化物夾雜(見圖2),在3cm2的金相磨面上便發現三處。根據GB10561-89對樣品進行評定,夾雜物級別為3級,不符合要求。
       
        對壓下螺桿端頭及相鄰部位金相組織檢查表明,兩部位的顯微組織大不一樣(見圖3和圖4),端頭的金相組織為淬火針狀馬氏體,而相鄰螺桿桿身的組織為鐵素體和珠光體組織,表明壓下螺桿端頭部進行過局部淬火,而螺桿主體部分為正火組織。
       

        顯微硬度

        顯微硬度(HV)測定結果為:端頭653kg/mm2,桿身259kg/mm2。表明,螺桿端頭的硬度值比螺桿桿身高得多?!     ?/div>
      顯微分析
        經觀察,圖1中1區和2區均為沿晶斷裂(圖5a),斷口面平滑,沒有塑性變形,呈現出不同程度的晶粒多面體外形花樣,并有二次裂紋存在(圖5b),為沿晶脆性斷裂。圖5c為斷裂源的形貌,且有很長的硫化錳夾雜物存在。圖1中3區的微觀形態呈河流花樣,為解理斷裂(圖5d)?! ?/div>
       

      分析與討論

        綜合以上分析可以看出,40Cr壓下螺桿化學成分正常,但非金屬夾雜物顆粒較大,級別較高,使群集硫化錳夾雜物在螺桿工作狀態下成為開裂源;另一方面,是熱處理工藝不當,淬火時端頭形成了脆性的粗大針狀馬氏體,其硬度高達HV653,而螺桿正常組織的硬度只有HV259。在淬火過程中,粗大的針狀馬氏體長大到原奧氏體晶界時,會產生高應力,從而導致晶界裂紋,起到解理裂紋核心的作用,因此,在斷口上,不管是在擴展速度較慢的1區,還是在擴展速度較快的2區,裂紋都沿著晶界擴展。斷口顯微組織中,1區、2區均為針狀馬氏體組織,裂紋擴展到正火組織的3區時,裂紋沿著解理面進行,形成解理斷裂。這就是螺桿工作時發生失效的原因。
      結論
        (1)鋼中的非金屬夾雜物不合格,并成為斷裂的裂源。
        (2)壓下螺桿端頭形成了脆性的針狀馬氏體組織是螺桿破斷的主要原因。
      建議
        (1)螺桿端頭進行局部淬火后應進行合理的回火工藝,以去除應力并適當提高材料的韌性。
        (2)應嚴格控制鋼材的冶金缺陷,使非金屬夾雜物符合要求。
        (3)螺桿端頭與銅襯的接觸面,應加工成弧度一致,以使其真正按照面接觸方式傳力,在正常條件下工作。

      標簽: 螺桿修復(19)

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