40Cr钎杆断裂原因分析
001 40Cr轴杆早期断裂原因分析,8页,夹杂、带状组织和硬度梯度大
中
国 裂纹先纵向再斜横向扩展 应
急
分
析 斜断面放射状条纹收敛于纵断面
斜断面以韧窝断口为主
图 3 轴杆斜断口微观分析
轴杆裂纹和微观断口分析表明，轴件属于疲劳断裂，裂纹先纵向疲劳扩展再以与轴向呈
网 的一定角度的斜方向扩展，形成最终的长“X”形断口。
金相组织及显微维氏硬度测试 在轴杆裂纹附近截取轴杆横截面和纵截面金相试样。金相显微镜下观察纵截面金相抛光
试样中的非金属夹杂物，如图 4 所示，观察到有厚度超尺寸的链状夹杂物（厚度 20μm）和
球状氧化物（直径 53μm），其他主要为细系的条状塑性硫化物夹杂。根据 GB/T10561-05 对
夹杂物评级的结果见表 1。
表 1 试样夹杂物检验评级结果
夹杂物(级)
原号
A
B
C
D
DS
粗细粗细粗细粗细
Jl008818 0 2.5 2.5S 0
记录号：JS-AL-转动设备（轴和外壳）－104
40Cr 轴杆早期断裂原因分析
摘要：试样为经正火后表面感应淬火热处理的 40Cr 轴杆试验件。在最大扭转力矩为±
中850 N ⋅ m 的交变扭力作用下，循环达到 50，000 次时发生断裂（设计要求 100，000 次）。 通过断口和裂纹分析、金相组织及显微维氏硬度测试，结果表明：由于轴杆原材料因素（超 尺寸脆性夹杂物及带状组织）和热处理因素（淬火过渡区组织硬度梯度较大），造成其横向 疲劳强度偏低，是导致轴杆发生早期扭转疲劳断裂的基本原因。 国关键词：轴杆；扭转疲劳断裂；组织；热处理 材料种类/牌号：合金结构钢/40Cr 概述 应 试样为经正火后表面感应淬火热处理的 40Cr 轴杆试验件。在最大扭转力矩为± 850 N ⋅ m 的交变扭力作用下，循环达到 50，000 次时发生断裂（设计要求 100，000 次）。 对轴杆发生早期断裂的原因进行了分析。 急 测试过程与结果 断口及裂纹分析 轴杆失效位置如图 1 所示，肉眼观察，断面两侧无明显塑性变形。裂纹纵向扩展后，与 分 轴向呈一定角度向两边分叉穿过轴杆，形成两个斜断面。总体观察，整个裂纹呈长“X”形， 呈现出裂纹扩展过程中受交变扭转应力控制的特征。裂纹沿纵向扩展的长度约 20mm，形成 基本与轴杆轴向平行的纵断面。轴杆断面起裂区表层（深度约 4mm）断口光亮，是交变应力 析 下匹配断面相互摩擦的结果，具有疲劳断裂的宏观特征。中心区域和终断区断口呈灰色层条 形纤维状断口，达到轴杆半径深度后的断面起伏较大，且越靠近斜断面位置，起伏区面积越 大。 网
40Cr高强螺栓断裂分析
螺栓材料的化学成分符合规定要求，螺栓的组织不是正常的调质组织，材料的硬度也偏
低。
主要分析人员及单位
朱衍勇 教授级高工 钢铁研究总院
董毅 工程师
钢铁研究总院
资料整理人：王冬梅 国家钢铁材料测试中心 审核人： 吴伯群 国家钢铁材料测试中心
网 理断口呈片层状、羽毛状和细条状，在高倍下看出，微观断面上的片层撕裂棱边缘发生轻微
的圆钝化，具有开裂后又受到热影响的痕迹，这是钢中白点缺陷的断口微观特征。
2
中
国
缺陷区断口形态
应
急
分 缺陷区混合断口
析
网
断口受到热影响表面轻微的圆钝化 图 2 断裂源区微观形态
在裂纹源区的边缘断口中可以观察到有韧窝状断口，如图 3，这是在被钝化的初始裂纹 的基础上发生裂纹扩展形成的伸张区断口特征。伸张区断口的外侧为裂纹快速扩展形成的解 理断口，如图 4，解理断裂是一种穿晶脆性断裂。与裂纹源与扩展区之间过渡观察到伸张区 韧窝断口带形成鲜明的对比。断口上也没有看到疲劳的痕迹。由此可以断定，螺栓断口是在
记录号：JS-AL-紧固件-015
40Cr 高强螺栓断裂原因分析
摘要：某螺栓设计安装公称预紧拉力 450 吨，在安装过程中拉力达到 120 吨左右时突然断裂。
中对断裂螺栓试样进行化学成分分析、断口分析、无损检测、金相组织分析及硬度测试，结果 表明：该螺栓属于一次性正应力载荷作用下的脆性断裂，螺栓材料内部存在较大尺寸的具有 裂纹性质的白点缺陷是造成螺栓在远未达到设计要求的载荷下发生脆性断裂的主要原因。
断裂源位置和裂纹扩展的方向如图中箭头所示。断裂源位于偏离中心约 1/3 半径的位置，源
40Cr螺杆断裂分析
作者简介:蒋佩华(1977-),女,江苏泰兴人,硕士,从事金属材料方面的研究.40Cr 螺杆断裂分析蒋佩华1,姚志江2,陈伟峰1,王董平1(1.浙江标准件检测中心,浙江海盐314300;2.秦山第三核电有限公司,浙江海盐314300)摘 要:材质为40Cr 的螺杆在热处理后沿轴心方向出现开裂。
为了查明断裂原因,用光电直读光谱仪、光学显微镜及显微硬度仪对螺杆断裂处进行了化学成分、宏观、微观以及显微硬度分析。
研究结果表明:螺杆的化学成分符合产品的技术要求,螺杆断裂是由于螺杆在淬火前存在较严重的宏观的中心偏析和微观的条带状偏析,以及淬火冷却时生成了较多的块、半网状铁素体等组织缺陷,引起螺杆的力学性能下降,导致螺杆沿轴心方向断裂。
关键词:螺杆;断裂;偏析中图分类号:T G 157 文献标识码:A 文章编号:100121447(2008)0620025202Fracture analysis of 40Cr scre wJ IAN G Pei 2hua 1,YAO Zhi 2jiang 2,C H EN Wei 2feng 1,WAN G Dong 2ping 1(1.Zhejiang Center for Quality Test of Standard Part s ,Haiyan 314300,China ;2.No.3Qinshan Nuclear Power Company.Lt d.,Haiyan 314300,China )Abstract :Fract ure p henomenon was observed for 40Cr screw along it s axes after it s heat t reat ment.In order to find t he reason of screw fract ure ,chemical compo sition ,macro struct ure ,micro st ruct ure and micro 2penet ration hardness of fract ured screw were measured bymeans ofopticalemissionspect ro meter ,lightmicroscopeandmicrohardness tester.It was showed t hat t he chemical composition of t he screw satisfied t he technical requirement s of t he p roduct ,butsome defect s such as seriousmacro struct ure cent ral segregation and micro st ruct ure banded segregation before quenching and reticular ferrite after quenching had resulted in t he decrease of mechanical p roperties.As a result ,t he cleavage of screw took place along t he axes.K ey w ords :screw ;f ract ure ;segregation 某公司生产的螺杆,主要用于大型船舶、桥梁及大型起重机械上,起紧固连接作用。
40Cr钢调质后的裂纹原因分析
40Cr钢调质后的裂纹原因分析热酸浸试验发现调质后的原材料其周围表面上有贯穿试样全长的纵向裂纹，见图1。
图1 纵向裂纹图2 横向裂纹在调质后发现纵裂的试样圆周上有2~3条裂纹。
这些裂纹均与表面成一定角度，略显弯曲，长1~2㎜不等。
其中一条裂纹从端部向内开裂至试样中心，此裂纹的延伸部分垂直于试样表面，宏观较直，见图１、图２：横向酸浸试面上除裂纹外未发现其它明显的宏观缺陷。
２宏微观检测２.1断口分析横向断口分析，可见裂纹因走向不同而分为两部分，靠近表面的起始部分两壁非常光滑，呈沿加工方向伸长的细长带状组织，具有灰黑色的氧化颜色；与起始部位走向不同的裂纹延伸部分则无此现象。
断口宏观形貌见图3图3 断口宏观形貌2.2金相分析取调质后纵裂的横向取样，在金相显微镜下观察，靠近表面的裂纹起始部分两侧均有明显脱碳层，其内部充满非金相夹杂物，并可见灰色氧化物夹杂。
见图4：靠近裂纹表面处的显微组织500X观察延伸到心部的裂纹末端，其尾部比较尖细，两侧无脱碳现象。
试样的基本组织为回火索氏体，为40Cr钢正常调质组织，见图5图5：裂纹尾部处的表面组织500X2.3轧材的宏观检验另抽查3支未经调质的原材料轧材，其中2支外表面陷约可见纵向裂纹，载取横向试样，磨抛后用4%硝酸酒精溶液浸蚀，宏观可见试样圆周上有明显与表面呈一定角度略显弯曲的裂纹，深约2㎜。
见图6图6：轧材表面裂纹的宏观形貌3分析与讨论3.1 由图2裂纹的宏观形貌可见，裂纹起始部分与一定角度，且较弯曲，拟是轧制不当，如变形工艺不合理及设备状态不正常，而形成的表面折叠。
有的肉眼可见，有的被轧制面掩盖，经酸洗后方能显示出来。
3.2根据图3的断口宏观形貌，裂纹起始部分在轧制过程中产生，且内壁已氧化，最后轧制道次不能使裂纹焊合。
在轧制过程中，裂纹内壁相互摩擦而形成延长加工方向伸长的金属流变条带。
3.3图4裂纹两侧的严重脱碳现象及裂纹内氧化铁皮被压入，充分说明裂纹的起始部分存在于淬火之前。
40Cr热轧圆钢剪切开裂原因分析及改进工艺
第42卷第3期• 52 •2021 年6 月s p e S S S e e l Vol.42. No. 3 June 202140C r热轧圆钢剪切开裂原因分析及改进工艺汪春梅(芜湖新兴铸管有限责任公司监控部，芜湖241000)摘要针对075 m m的400圆钢下料剪切出现横向开裂，采用直读光谱仪、金相显微镜、SEM、EDS及显微 硬度计对试样进行分析。
结果表明，裂纹主要由圆钢中存在夹猹缺陷，其表面缺陷经砂轮机打磨烧伤形成马氏体 的硬化层，塑性降低，在剪切力作用下最终导致开裂。
通过工艺改进石灰量由2.5 kg/t调整为4.2 k g/t,化渣剂由 0.45 kg/t调整为0.85 lcg/t,Ca/Al比由0.05调整为0.07,水口浸人深度由95 m m调整为105 mm,保护渣碱度由 0.78调整为0.86、粘度由0.34 pa _s调整为0.45 pa • S,减少连铸拉速波动等，有效解决了铸坯夹渣缺陷，轧材表 面缺陷率由〇. 35%降低至0. 08% ,保证了圆钢的产品质量。
关键词40C r钢横向开裂夹渣表层硬化保护渣Analysis on Causes of Shear Cracking of 40 Cr HotRolled Round Steel and Process ImprovementW a n g Chunmei(Monitoring Department, Wuhu Xinxing Ductile Pipes Co Ltd, Wuhu 241000) Abstract In view of the transverse cracking of <J>75mm 40Cr round steel,the samples are analyzed by direct reading spectrometer, metallographic microscope, SEM，EDS and microhardness. The results show that the cracks are mainly caused by slag inclusion in steel, and the surface defects are formed by burned in grinding to form a hardened layer of martensite, which reduces plasticity and eventually leads to cracking under the action of shearing force. Through process improvement, the amount of lime is adjusted from 2. 5 kg/t to 4. 2 kg/t, the slagging agent is adjusted from 0. 45 kg/t to 0. 85 kg/t, the Ca/Al ratio is adjusted from 0. 05 to 0. 07, and the nozzle penetration depth is adjusted from 95 mm to 105 mm, mold flux alkalinity is adjusted from 0. 78 to 0. 86, viscosity is adjusted from 0. 34 pa •s to 0. 45 pa •s, reducing continuous casting speed fluctuations, etc. , it is effectively to avoid the defects of casting slag inclusion, and the surface defect rate of rolling materials decreases from 0. 35% to 0. 08% , ensuring the quality of round steel products.Material Index 40Cr Steel, Transverse Cracking, Slag, Surface Hardening, Protecting Slag40C r钢是GB/T3077-2015标准中常用的一种铬系合金结构钢，因其具有较好的加工和使用性能，被广泛应用于机械制造业[1]。
40Cr轴承疲劳断裂分析
材料科学与工程学院题目： 40Cr轴承疲劳断裂分析学生姓名：胡文岳学号： 100601136专业：金材101评阅教师：胡建文2013年11 月40Cr轴承疲劳断裂分析摘要：对40Cr钢轴承的断口进行宏观和微观分析，得知其为疲劳断裂，并分析其断裂原因以及提出改进措施。
关键词：疲劳断裂；断口特征；改善途径1 断裂实例在铁道机车车辆制造中，常用40Cr钢加工内燃机的各种齿轮、连杆、轴和螺栓等，随着铁路运输速度的提高，这些零部件的实际疲劳工作寿命已超过107周次，而达到109周次~1010周次，在使用过程中可能会发生疲劳断裂。
经正火后表面感应加热淬火的40Cr 试样发生断裂，观察其断口，并在扫描电子显微镜下进行围观形貌分析。
2 断口特征分析在扫描电镜下低倍宏观断口形貌, 断口分为疲劳源区、疲劳裂纹扩展区和瞬时断裂区。
1下图为裂纹源区与裂纹第一阶段扩展区显微形貌, 疲劳裂纹在试样近表面的材料缺陷处萌生,然后呈扇形向四周扩展。
在裂纹萌生缺陷周围存在一个扇形解理区,其断面平整, 与裂纹萌生缺陷共同构成疲劳核心区。
对不同应力幅、105周次～109周次[1]范围内断裂的试样断口观察发现, 40Cr 钢疲劳裂纹均在试样表面或近表面材料缺陷处萌生。
疲劳裂纹的扩展分成两个阶段, 均以穿晶断裂为主[2]。
第一阶段扩展区断面微观形貌粗糙, 由众多解理断面与大小不一的凹坑构成, 在第一阶段扩展区内未观察到疲劳辉纹形貌。
在第二阶段扩展区内存在与裂纹扩展方向一致的放射线条第二阶段扩展区断口微观形貌为疲劳辉纹+微坑, 在微坑中可观察到第二相粒子,局部区域可观察到二次裂纹。
疲劳辉纹和二次裂纹与疲劳裂纹扩展方向垂直。
瞬断区是裂纹失稳扩展形成的区域，在疲劳亚临界扩展阶段，随影李寻欢增加，裂纹不断增长当增加到林杰尺寸是，裂纹就失稳快速扩展，导致机件瞬时断裂。
该区的断口比疲劳区粗糙，断口呈结晶状，边缘平面应力区有剪切唇存在。
13 断裂原因轴件属于扭转疲劳断裂，裂纹先总想疲劳扩展在以与轴向呈一定角度的斜方向扩展，断口分析看出，纵断面平坦区为剪切疲劳断口，金相检验及显微维氏硬度分析表明，轴杆材料中存在超尺寸链状和球状脆性夹杂物，及较为严重的带状偏析组织，而且淬火过渡区组织硬度变化较明锐，这些因素均可造成轴杆材料横向力学性能降低，这是造成轴杆发生早期疲劳断裂而且疲劳过程裂纹沿纵方向扩展距离较长的重要原因。
40Cr齿轮轴断裂原因浅析
40Cr齿轮轴断裂原因浅析摘要：本文通过扫描电镜断口分析、金相组织、化学成分和低倍等方法研究分析了 40Cr 齿轮轴断裂的原因。
研究分析结果表明，40Cr齿轮轴断裂的原因为应力开裂，原材料心部存在疏松，在拉拔过程中杆径心部受到拉力产生微裂纹缺陷，淬火时在热应力的作用下裂纹扩展，矫直过程中出现断裂。
关键词：齿轮轴；断裂；原因；分析1 前言40Cr 钢是中碳调制钢，是机械制造业使用最广泛的合金结构钢之一，其加工性能，经适当的热处理后可以获得一定的韧性、塑性、耐磨性和良好的综合力学性能。
在汽车、工程机械等领域应用十分广泛。
某企业在使用40Cr加工齿轮轴经调质处理后，部分零件在后续矫直过程中发生断裂现象，用户的工序为：下料—中频感应加热—杆径孔型拉拔（端部粗杆径细）—端部碾压—调质热处理—矫直—粗加工—超声波探伤。
本文通过扫描电镜、金相显微镜、低倍等方法研究分析40Cr齿轮轴断裂的原因。
图1位40Cr齿轮轴毛坯。
2 理化分析2.1 化学成分分析40Cr齿轮轴的化学成分光谱分析结果见表1，成分符合GB/T3077-2015的要求。
对断口处进行扫描电镜分析，见图3，该断口的整个断面为沿晶断裂，并且有高温氧化现象，未见夹杂等冶金缺陷。
2.3 低倍分析为了进一步分析原因，将断口试样的一端切横向低倍和纵剖低倍检验，低倍情况如图4（1）所示，从纵剖低倍可以看出，试样心部到1/2半径处均有大量的类似“微裂纹”缺陷，缺陷分布宽度由半轴的圆盘端到杆径方向呈先宽后窄分布。
横向低倍的心部位置存在大量的疏松点，具体见图4（2）所示。
2.4 金相组织分析在图4试样的端部有肉眼可见的裂纹缺陷，截取一段试样，在横截面上做心部和表面位心部和表面的组织位图5所示，试样为调质热处理后的状态，正常组织应该为回火马氏体或者回火索氏体，但是该试样心部的组织为贝氏体和铁素体组织，试样未淬透，并且心部有大量裂纹缺陷。
3 分析与结论40Cr齿轮轴为调质热处理后的状态，正常组织应该为回火马氏体或者回火索氏体，但是该试样心部的组织为贝氏体和铁素体组织，试样未淬透，并且心部有大量微裂纹缺陷。
001 40Cr储能轴断裂原因分析,6页,材料热处理问题导致应力过载断裂
记录号：JS-AL-转动设备（轴和外壳）-4640Cr 储能轴断裂原因分析摘要：某储能轴在储能启动时发生突然断裂，材质为40Cr 锻造件，设计热处理状态为整体调质，表面经氮化处理。
储能轴通过花键与凸轮连接，并经由凸轮推动活塞进行储能。
分析结果表明：1.该储能轴是属于应力过载脆性断裂，是在弯曲应力和扭转应力的作用下一次性断裂的，起裂过程主要受轴向弯曲应力控制。
2.该储能轴没有进行正常的调质处理，其基体组织以细片状珠光体加细网状铁素体为主，不是调质处理的回火索氏体组织或回火屈氏体组织。
这是导致储能轴承载能力不足，从而在使用启动时即发生一次性脆性断裂的主要原因。
3.由于其断裂过程主要受弯曲应力控制，建议对轴件安装对中情况进行检查，避免因安装原因引起的弯曲应力过载。
关键词：储能轴；脆性断裂；调质处理 材料种类/牌号：合金结构钢/40Cr概述某储能轴在储能启动时发生突然断裂，材质为40Cr 锻造件，设计热处理状态为整体调质，表面经氮化处理。
储能轴通过花键与凸轮连接，并经由凸轮推动活塞进行储能。
试样为储能轴断裂件，对其断裂的原因进行了分析。
测试过程与结果宏观断口分析图1是断裂储能轴的宏观照片，断裂位置处在动力输入侧的花键槽的端部，如箭头所示，左上角小裂块是从断口上崩落的。
断口参差不齐，全断面呈闪晶状脆性断口，看出储能轴是一次性断裂，但断轴没有明显变形，属脆性断裂，图2是起裂位置的低倍断口。
肉眼观察可以看到有多个断裂源，其中有两个主断裂源，相距8个齿距，约24mm，都是位于花键齿凸的根角线位置，如图1和图3中箭头所指。
主断裂面与储能轴的轴向呈大约20度的夹角，从断裂面方向分析，弯曲应力和扭转应力是引起储能轴断裂的主应力，而受弯曲应力的作用更大。
图1 断裂储能轴的宏观照片断裂位置在动力输入侧的花键槽的端部，如箭头所示中国应急分析网起裂位置1 起裂位置2图2 起裂位置的低倍断口图3 起裂位置的侧面形貌 ，箭头所指为裂纹源 宏观分析表明，储能轴属于应力过载脆性断裂，是在弯曲应力和扭转应力的作用下一次性断裂的，起裂过程以弯曲应力为主。
40Cr棒材裂纹的成因分析
Ａｂ ｔａ ｔ Ｂ ａ ｌ ｇ ａ ａｙ ｉ ｆｒ ０ ｒｓ ｅ ａ ｔ ｒｃ ｓｐｏ ｕ ｅ ｙＪ ａ ｇ ｗ ｕ ｄｔａ ｅｓｍ— ｓｒ ｃ ｙｓｍｐｉ ｎ ｌｓｓ ｏ Ｃ ｔ ｌ ｒ ｈ ｃａｋ ｒｄ ｃ ｄｂ ｉ ｎ ， ｅｆ ｎ ｈ ｔ ｈ ａ ｎ ４ ｅ ｂ ｗｉ ｇ ｏ ｔ
中图 分 类 号 ： Ｇ １ Ｔ １５
文献标识码 ： Ａ
文 章 编 号 ：６ １ ８ ８ ２ １ ） ６— ０２— ４ １７ —３ １ （ ０ １ ０ ０ １ ０
ＲＥＡＳｏＮ ＡＮＡＬＹＳ Ｓ Ｏ Ｆ ０ Ｉ ４ ＢＡＲ Ｃｒ ＣＲＡ ＣＫ
Ｌ ｎ Ｇｕ ｉｎ ｉＲｏ ｇ ｏＪａ ｇ Ｚ ａ ｇ Ｓ ｅ ｇｉ ｈｎ ｈｎｌ
Ｋ ｅ ｏ ｄｓ ４ ｙ ｗ ｒ ０Ｃｒ；ｃ ａ ｋ； ｎ ｎ ｅａ ｌ ｎｃｕ ｉ ｎ； ａ ｌ ｓｓ ｒｃ ｏ ｍ ｔ ｌ ｃ ｉ ｌ ｓｏ ｉ ｎａｙ ｉ
近 年来 ， 随着 国 内装 备 制 造业 和 加工 业 的飞 速 发展 ， 非标 件 的需求 量 日益提 高 ， 对 同时对结 构用 钢
ZG40Cr车桥桥壳断裂原因分析与改进
四川兵工学报
ＺＧ４０Ｃｒ车桥桥壳断裂原因分析与改进
张小忠
重庆大扛信达车辆股份有限公司，重庆４０１３２１ 捕要：分析重车车桥桥壳（材料ｚＧ帅ｏ ＪＢ／ｒ６４∞一１９９２）的断裂原周，提出改进措施 关ｔ词：挢壳断裂；机槭性能；成分控制 中田分类号：Ｌ１４６３ ２１８ 文献标识码：Ｂ
＆：ｌ表十镕自部分＊｛告格ｇ序号４，５ｎ挤母１６３．２１０＊《＆梓 ２袁十斌验桥ｎ Ａ％．ｚ％值§燕也＊低口６有＆著Ｍ提高
作者简介：张小忠（Ｊ舭），男，口川人，高级Ｉ程师．主要从事金属材料与热蛐理的Ｉ艺技术研究
张小忠：ＺＧ４０Ｃｒ车桥桥壳断裂原因分析与改进
是否全部都进行了正火都无法确定．
１１５
３断裂原因分析
生产过程不能使铸件质餐满足产品机械性能指标的 要求．从试验报告中可见断裂桥的机械性能指标Ａ％，ｚ％ 值（延伸率与断面收缩率）详见报告，与标准要求差距过 大，也与金相组织的分析结果是相对应的．由此导致其铸 件材料的韧性大大降低，抵抗产生脆断的能力不足． 以上分析显示，该铸钢公司生产的车桥桥壳毛坯产品 生产过程质量失控，产品存在重大质量隐患，也给问题产 品的追溯造成极大的困难． ２）随即公司对该铸钢公司下达了停止供货，限期进行 质量整改的通知． ３）对公司内部的生产过程与工艺质量的检查显示该 批产品的加工无异常．
实验的２件桥壳分别宴物取样．进行的理化对№分析结果
如表１ 表中未列出的指标：抗拉强度６ｂ（Ｎ／ｔｍＦ）、屈服强度ｔ
等Ｉ作，吼查证失效原因
２）将在库相邻批扶的谈产品车桥抽样到有资质的检 验机构再改进行疲劳试驻，“验证强度同时＊月对公司
（Ⅳ瑚Ｆ）厦硬度哪值等基本满足标准要求
表１女Ｒ柞与４过试验柞日点》、性ｎ时Ｅ
40Cr钢螺栓断裂分析
失效分析40Cr 钢螺栓断裂分析刘泽坤(湖北江山机械厂,襄樊441003)摘 要:采用金相检验、硬度测试及化学成分分析等方法对变速箱制动鼓定位螺栓断裂的原因进行了分析。
结果表明,由于零件在热加工后未按要求进行热处理,导致出现非正常组织,降低了零件的硬度和强韧性,加上零件肩胛根部没有过渡圆弧易造成应力集中,因此在装车使用后不久便发生了螺栓断裂失效。
关键词:螺栓;断裂;显微组织;应力集中;铁素体中图分类号:T G142.41 文献标识码:B 文章编号:1001 4012(2003)03 0160 02FRACT URE ANALYSIS OF THE 40Cr BOLTLIU Ze kun(Hubei Jiangshan M achinery Plant,Xiangfan 441003,China)Abstract:T he fracture of br ake drum bolt for fix ed position w as analyzed by means of metallo graphic examinatio n,hardness testing and chemical composition analysis.T he r esults showed that heat tr eatment defect and stress concen tration caused by manufacture were the main causes of bolt fractur e.Keywords:Bolt;F racture;M icrostructure;Stress concentration;F er rite1 情况简介我厂生产的某型号的变速箱在装车使用后不久,即发生了一批变速箱制动鼓定位螺栓断裂事故,断裂部位均发生在截面急剧变化的肩胛处。
由于该批螺栓系外购件,其热处理工艺尚不十分清楚。
40cr钢主轴开裂分析
０．０１５３
０．００９３
标准值
０．３７０～０．４４０ ０．１７０～０．３７０ ０．５００～０．８００ ０．８００～１．１００ ０．０３５０ｍａｘ ０．０３５０ｍａｘ
在主轴的约 １／２半径处取直径为 ５ｍｍ的试 数值都大于 ２．５×１０－６。氢对材料的力学性能及材
棒，采用 ＨＯＲＩＢＡＥＭＧＡ８３０氧氮氢分析仪测定氮、 料中白点的形成影响很大，文献［１］指出，进口钢材
ＳＰＥＣＴＲＯＭＡＸｘＦＶ型立式直读光谱仪测定化学成 分，结果列于表 １，成分符合要求。采用 ＨＶ１０００Ａ
收稿日期：２０１９０９１５ 作者简介：贺凯林（１９８０），男，山东青岛人，工程师，主要从事热处理及失效分析等工作。
联系电话：１５８６１３７９９０６
·４８·
《热处理》 ２０１９年第 ３４卷 第 ６期
ｚｏｎｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｎｄｔｈａｔｃｒａｃｋｓｔａｒｔｅｄｆｒｏｍ ｃｏｒｅｏｆｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐａｌａｘｉｓ．Ｉｎｖｉｅｗｏｆｔｈｅａｂｏｖｅ，ｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐａｌａｘｉｓ
ｃｒａｃｋｉｎｇｗａｓｔｒａｃｅｄｍａｉｎｌｙｔｏｔｈｅｄｅｆｅｃｔｓｉｎｉｔ．Ｔｈｅｐｒｅｃａｕｔｉｏｎｓａｇａｉｎｓｔｐｒｉｎｃｉｐａｌａｘｉｓｃｒａｃｋｉｎｇｗｅｒｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ．
存在白点和带状组织，并且裂纹起源于主轴心部。因此可以断定，主轴开裂主要是由于材料内的缺
陷所致。提出了预防主轴开裂的措施。
关键词：木纹状断口；带状组织；发纹
中图分类号：ＴＧ１１５ 文献标识码：Ｂ
文章编号：１００８１６９０（２０１９）０６００４８０３
ＡｎａｌｙｓｉｓｏｎＣｒａｃｋｉｎｇｏｆ４０ＣｒＳｔｅｅｌＰｒｉｎｃｉｐａｌＡｘｉｓ
ＨＥＫａｉｌｉｎ
40Cr轴叉表面开裂原因分析及改进措施研究
㊀收稿日期:２０１９－０３－１９㊀作者简介:郝少花(１９８８ )ꎬ女ꎬ河南济源人ꎬ助理工程师ꎬ研究方向为材料学ꎮ㊀通讯作者:秦凤婷(１９８２ )ꎬ女ꎬ河南濮阳人ꎬ讲师ꎬ研究方向为钢铁冶金技术ꎮ４０Ｃｒ轴叉表面开裂原因分析及改进措施研究郝少花１ꎬ曹亮亮１ꎬ秦凤婷２(１.济源钢铁集团有限责任公司中心化验室ꎬ河南济源４５９０００ꎻ２.济源职业技术学院冶金化工系ꎬ河南济源４５９０００)摘㊀要:针对济钢供货的４０Ｃｒ轴叉表面开裂问题ꎬ采用了表面裂纹特征及测试分析㊁开裂源机理分析㊁模拟裂纹旁脱碳层试验等手段对用户调质后出现的裂纹进行了检测ꎬ研究发现轴叉开裂的原因是由于原材料折叠缺陷和高温回火脱碳造成的ꎬ对此提出了通过控制粗轧及精轧开轧温度或减慢轧后冷却速度㊁增加探伤检查㊁锻打后合理控制热处理温度等工艺改进措施ꎬ可减少开裂机率ꎮ关键词:４０Ｃｒꎻ轴叉ꎻ开裂源ꎻ淬火开裂ꎻ脱碳ＤＯＩ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１６７２－０３４２.２０１９.０２.０１７中图分类号:ＴＧ４５４㊀㊀㊀㊀文献标识码:Ａ文章编号:１６７２－０３４２(２０１９)０２－００８６－０７㊀㊀４０Ｃｒ合金结构钢机械性能良好ꎬ在中国机械制造行业有较大的需求量ꎬ广泛用于制作重要用途的调质零件ꎬ如套筒㊁曲轴㊁连杆㊁螺铆㊁螺钉㊁销等[１]ꎮ这些零件在使用过程中要承受各种载荷的综合作用ꎬ要求具有较高屈服强度㊁抗拉强度和韧性[２]ꎬ防止冲击或过载下的断裂和变形ꎻ同时ꎬ还要求钢材在加工过程中具有良好的工艺性能[３]ꎮ河南济源钢铁集团有限公司(以下简称济钢)依托德国进口ＫＯＣＫＳ减定径轧机ꎬ高强度机械用钢生产线ꎬ开发生产了４０Ｃｒ等合金结构钢ꎮ作为汽车传动轴的重要组成部分ꎬ轴叉的加工工艺直接影响传动轴总成的平衡质量ꎬ进而影响传动轴在整车运行过程中的抖动情况ꎮ济钢生产的部分４０Ｃｒ合金结构钢被用户用来制作轴叉ꎬ但经用户调质处理后的轴叉杆部有开裂现象ꎬ为查明轴叉开裂的原因ꎬ采用了表面裂纹特征及测试分析㊁开裂源机理分析㊁模拟裂纹旁脱碳层试验等手段对其进行了检测并验证ꎬ以期找到了开裂的原因ꎬ从而提高４０Ｃｒ轴叉的质量和寿命㊁降低生产成本ꎬ为轴杆生产工艺的制定提供依据ꎮ一㊁表面裂纹特征及测试分析结果(一)开裂处宏观形貌轴叉及轴叉开裂处宏观形貌如图１㊁图２所示ꎮ由图１㊁图２中见ꎬ开裂处裂纹位于轴叉杆部ꎬ沿杆部轴向扩展ꎬ且基本贯穿整个杆部ꎮ图１㊀轴叉宏观形貌图２㊀轴叉开裂处宏观形貌６８㊀㊀第１８卷㊀第２期济源职业技术学院学报Ｖｏｌ.１８㊀Ｎｏ.２㊀㊀㊀２０１９年６月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＪｉｙｕａｎＶｏｃａｔｉｏｎａｌａｎｄＴｅｃｈｎｉｃａｌＣｏｌｌｅｇｅＪｕｎ.２０１９㊀㊀(二)力学性能测试及化学成分和金相分析１.力学性能测试首先ꎬ对４０Ｃｒ钢轴叉开裂的同批次试样进行室温拉伸性能测试ꎬ结果见表１ꎮ４０Ｃｒ钢的下屈服强度㊁抗拉强度㊁断后伸长率㊁断面收缩率㊁平均冲击功均高于ＧＢ/Ｔ６９９－１９９９的要求ꎮ表１㊀钢材力学性能检验结果下屈服强度ＲｅＬＮ/ｍｍ２抗拉强度ＲｍＮ/ｍｍ２断后伸长率Ａ５０ｍｍ％断面收缩率Ｚ％平均冲击功ＡＫ(Ｊ)１/３热顶锻ＧＢ/Ｔ６９９－１９９９ȡ３５５ȡ６００ȡ１６ȡ４０ȡ３９断裂试样４４５６７５２５.４４８４９裂纹注:测试温度为３０ħ㊀㊀２.化学成分分析随后ꎬ对开裂的试样采用光谱仪在开裂附近取样进行化学成分检测ꎬ结果见表２ꎮ开裂试样的化学成分都在标准范围内ꎬ符合国标ＧＢ/Ｔ３０７７－２０１５的要求ꎮ另外ꎬ还对断裂试样的残余元素(如镍㊁铜㊁钼)及气体含量进行了检测ꎬ其含量很低ꎬ都符合国标ＧＢ/Ｔ３０７７－２０１５的要求ꎮ表２㊀轴叉开裂试样的化学成分元素ＣＳｉＭｎＣｒＡｌＮｉＣｕＭｏＯＮ实测值ｗｔ％０.４０３０.２１４０.７３１.０３１０.０２７７０.０１５０.０１６０.００２０.０００５０.００３９标准值ｗｔ％０.３７~０.４４０.１７~０.３７０.５０~０.８００.８０~１.１０㊀㊀３.金相分析对开裂的试样沿垂直轴叉裂纹处横向截取样块ꎬ经磨制㊁抛光后做金相分析ꎬ裂纹有两部分组成ꎬ头部ｍ－ｎ段与表面呈一定角度ꎬ该段裂纹深度约０.４１ｍｍꎬ其后的扩展裂纹ｎ－ｋ段开口较大且与表面近似垂直ꎬ如图３ａ所示ꎬ并由此向心部延伸㊁扩展ꎬ扩展裂纹整体笔直㊁刚劲有力ꎬ尾部的ｐ－ｑ段尖细ꎬ如图３ｂ所示ꎬ裂纹旁无冶金缺陷ꎮ用４％硝酸酒精腐蚀后ꎬ裂纹头部ｍ－ｎ处脱碳较表面严重ꎬ如图４ａ所示ꎮ扩展裂纹两侧也发现存在较明显的脱碳ꎬ但该脱碳不及头部ｍ－ｎ处严重ꎬ如图４ｂ所示ꎮ裂纹旁组织为回火索氏体组织ꎬ如图４ｃ所示ꎮ图３㊀裂纹头部微观形貌(ａ.头部ꎬｂ.尾部)７８郝少花ꎬ曹亮亮ꎬ秦凤婷:４０Ｃｒ轴叉表面开裂原因分析及改进措施研究图４㊀裂纹旁组织形貌(ａ.头部ꎬｂ.扩展区ꎬｃ.基体)二㊁开裂源机理分析(一)开裂源断口分析由金相分析初步判断裂纹形貌为应力裂纹ꎬ为进一步分析引起应力开裂的诱因ꎬ通过宏观痕迹分析及断口分析ꎬ查找开裂源ꎮ沿垂直轴叉开裂处横向截取试样ꎬ随后在截取的试样上垂直裂纹截取试样将裂纹打开ꎬ寻找裂纹源ꎬ取样位置示意图如图５所示ꎮ在体式显微镜下观察ꎬ轴叉开裂裂纹源位于表面缺陷处ꎬ如图６所示ꎮ对开裂源处断口样用超声波震荡清洗后ꎬ用蔡司ＥＶＯ１８扫描电子显微镜进一步观察分析开裂源处形貌ꎮ观察发现ꎬ开裂源处表面缺陷为一小折叠ꎬ如图７所示ꎮ开裂源断口处未发现夹杂等冶金缺陷ꎬ裂纹扩展区为沿晶断口形貌[４]ꎬ如图８所示ꎮ折叠缺陷一般和零件表面呈小角度ꎬ穿晶裂纹ꎬ多为直线状ꎬ部分形态呈锯齿状ꎮ折叠缺陷深浅不一ꎬ折叠裂纹两侧有少量脱碳ꎬ也有部分折叠裂纹两侧脱碳不明显ꎬ由此初步判断轴叉开裂源于材料表面折叠缺陷[５]ꎮ图５㊀取样位置示意图图６㊀试样开裂源处宏观形貌(ａ.开裂源处整体形貌ꎬｂ.开裂源处形貌)图７㊀开裂源处形貌８８济源职业技术学院学报图８㊀裂纹扩展区沿晶断口形貌㊀㊀(二)开裂源处表面缺陷金相分析通过对开裂源处断口形貌分析ꎬ开裂源处存在与表面呈一定角度的折叠缺陷ꎬ沿该缺陷处取样ꎬ经磨制㊁抛光后做金相分析ꎬ开裂源处缺陷与表面呈一定角度ꎬ缺陷旁无冶金缺陷ꎬ如图９所示ꎬ用４％硝酸酒精腐蚀后ꎬ开裂源处缺陷头部脱碳较严重ꎬ如图１０所示ꎮ金相分析可知ꎬ开裂源处缺陷与表面呈一定角度ꎬ且缺陷头部脱碳较严重ꎬ轴叉在热处理之前已存在表面缺陷ꎬ且该表面缺陷可能为原材料轧制过程中产生的折叠缺陷ꎮ图９㊀轴叉开裂源处微观形貌图１０㊀轴叉开裂源处组织形貌三、模拟裂纹旁脱碳层试验脱碳多产生于锻造㊁轧制和热处理工序ꎬ在未采取规范有效气氛保护措施的情况下ꎬ钢中碳原子在高温下与氧或氢等产生反应ꎬ生成一氧化碳或甲烷等气体ꎬ从而降低表层碳含量ꎬ造成表层脱碳[６－７]ꎮ该轴叉加工工艺流程如下:原材料 加热锻造(加热方式:感应加热ꎬ加热温度:１０５０－１１００ħ) 调质处理 抛丸 探伤等ꎬ由加工工艺流程可知ꎬ该轴叉经历了加热锻造㊁调质两种高温加热过程ꎬ都可能产生脱碳ꎮ但加热锻造为感应加热ꎬ加热时间短ꎬ不足以形成脱碳ꎬ故推断轴叉裂纹两侧脱碳为调质过程中产生的ꎮ(一)模拟脱碳试验方案为了验证轴叉裂纹旁脱碳是在回火过程中产生的ꎬ现选取３个裂纹旁无脱碳现象的试样做模拟实验ꎮ试验前试验试样裂纹形貌及裂纹旁组织形貌如图１１㊁图１２所示ꎮ分别将３个试样加热到６５０ħꎬ６８０ħꎬ７２０ħ保温１ｈ回火空冷ꎬ随后经磨制㊁抛光ꎬ用４％硝酸酒精腐蚀后观察不同热处理温度下ꎬ裂纹两侧的脱碳及组织情况ꎮ(二)模拟脱碳试验金相结果试验试样经６５０ħ回火处理后ꎬ主裂纹旁无明显脱碳现象ꎬ而分叉的小裂纹旁有轻微脱碳现象ꎬ如图１３所示ꎮ试验试样经６８０ħ回火处理后ꎬ主裂纹旁部分存在铁素体脱碳层ꎬ如图１４所示ꎮ试验试样经７２０ħ回火处理后ꎬ主裂纹旁存在较严重的铁素体脱碳层ꎬ如图１５所示ꎬ裂纹旁组织为回火索氏体组织ꎬ如图１６所示ꎬ其脱碳情况及金相组织形貌与轴叉裂纹旁近似ꎮ９８郝少花ꎬ曹亮亮ꎬ秦凤婷:４０Ｃｒ轴叉表面开裂原因分析及改进措施研究图１１㊀试验前试样裂纹旁微观形貌图１２㊀试验前试样裂纹旁组织形貌图１３㊀６５０ħ回火后裂纹旁组织形貌图１４㊀６８０ħ回火后裂纹旁组织形貌图１５㊀７２０ħ回火后裂纹旁组织形貌图１６㊀７２０ħ回火后裂纹旁组织㊀㊀(三)模拟脱碳试验洛氏硬度结果分别对轴叉开裂样及３个不同温度回火的试验试样做硬度分析ꎬ分析结果见表３ꎬ由分析结果可知ꎬ７２０ħ回火处理后的试样最接近轴叉开裂样处理工艺ꎮ表３㊀模拟试验洛氏硬度结果对比(ＨＲＣ)样品轴叉开裂样６５０ħ回火试样６８０ħ回火试样７２０ħ回火试样硬度２３.７－２３.９２６.２－２７.５２５.３－２６.１２４.４－２４.５㊀㊀综合金相及硬度分析结果可知ꎬ轴叉试样裂纹两侧脱碳是在回火过程中产生的ꎬ且轴叉样的回火温度高于７２０ħꎮ四㊁分析与讨论由轴叉表面裂纹特征及测试分析结果可知ꎬ轴叉成分符合ＧＢ/Ｔ３０７７－２０１５对４０Ｃｒ成分的０９济源职业技术学院学报要求ꎬ表明裂纹的产生与材质无关ꎻ由金相分析ꎬ轴叉金相组织为回火索氏体ꎬ组织均匀细小ꎬ珠光体的机械性能主要取决于珠光体的片层间距ꎬ其硬度和断裂强度均随片间距的缩小而增大[８]ꎬ这是由于珠光体受力时ꎬ滑移的最大距离等于片层间距ꎬ片间距越小ꎬ铁素体和渗碳体的相界面越多ꎬ对位错运动的阻力也就越大ꎬ所以片层间距小的珠光体硬度和强度都较高[９]ꎮ对于片层间距细小的索氏体来说ꎬ可以排除加热过程中因过热或过烧导致淬火开裂的可能ꎬ即裂纹的产生与轴叉的冶金质量无关[１０－１２]ꎮ通过裂纹显微特征分析可知ꎬ裂纹头部有一小弯折ꎬ扩展裂纹刚劲笔直ꎬ由表面向心部呈锯齿状延伸ꎬ尾部尖细且有分叉现象ꎬ扩展裂纹形态为典型的淬火裂纹形貌特征[１３－１４]ꎻ裂纹头部脱碳较表面严重ꎬ裂纹旁存在较严重的铁素体脱碳层ꎬ脱碳是在未采取规范有效气氛保护措施的情况下ꎬ钢中碳原子在高温下与氧或氢等产生反应ꎬ生成一氧化碳或甲烷等气体ꎬ从而降低表层碳含量ꎬ造成表层脱碳ꎮ脱碳使钢的表层碳含量下降ꎬ直接导致钢件淬火后表层硬度不足ꎬ耐磨性及疲劳强度下降ꎬ从而缩短使用寿命[１５－１６]ꎮ由加工工艺流程可知ꎬ轴叉经８６０ħ淬火ꎬ６００ħ~６５０ħ回火热处理ꎬ由模拟试验结果可知ꎬ裂纹旁铁素体脱碳是在回火过程中产生的ꎮ截取试样打开裂纹ꎬ寻找裂纹源ꎬ经过观察分析ꎬ发现试样开裂源位于表面缺陷处ꎮ另外ꎬ对表面缺陷做金相分析ꎬ表面缺陷与试样表面呈一定角度ꎬ缺陷头部脱碳较严重ꎬ故推断轴叉开裂源处表面缺陷为折叠缺陷ꎮ综上所述ꎬ轴叉表面开裂是由折叠缺陷和高温回火脱碳造成的ꎮ五㊁改进建议及措施为了预防和减少裂纹的形成ꎬ建议在实际生产中可采用以下措施:(１)通过控制粗轧及精轧开轧温度或减慢轧后冷却速度ꎬ可以增加４０Ｃｒ组织中铁素体的含量ꎬ改善产品组织ꎬ降低硬度ꎮ(２)通过对原材料增加探伤检查ꎬ及时发现有缺陷的原材料ꎬ避免有缺陷的原材料进入下游用户加工工序ꎮ(３)改进㊁优化轴叉调质工艺ꎬ如改进淬火温度㊁淬火介质温度等ꎬ淬火后立即进行回火ꎬ控制回火温度及回火时间ꎮ六㊁结语(１)轴叉表面开裂是由于原材料存在轧制折叠缺陷ꎬ扩展裂纹为淬火裂纹ꎬ裂纹旁脱碳是高温回火过程中产生的ꎮ(２)控制粗轧开轧温度(１０５０ħ~１０８０ħ)㊁精轧开轧温度(９３０ħ~９４０ħ)或减慢轧后冷却速度ꎬ增加探伤检查及锻打后采用缓慢升温等措施可以避免表面开裂缺陷的产生ꎮ参考文献:[１]秦凤婷ꎬ刘宗辉ꎬ白瑞娟ꎬ等.济(源)钢４０Ｃｒ钢生产工艺实践[Ｊ].河南冶金ꎬ２０１０ꎬ１８(１):４７－４９. [２]高翔ꎬ腾全全ꎬ郑自芹ꎬ等.４０Ｃｒ盘毂裂纹失效分析[Ｊ].兵器材料科学与工程ꎬ２０１８ꎬ４１(６):１０４－１０７. [３]黄廷杰.４０Ｃｒ钢强韧化处理后的力学性能[Ｊ].热加工工艺ꎬ２００６ꎬ３５(１４):５６－６０.[４]江国清ꎬ林信智.淬火冷却条件不良造成的淬火裂纹[Ｊ].金属加工(热加工)ꎬ２０１４(３):２０－２２. [５]赵涛ꎬ赵明ꎬ曹诲.４０Ｃｒ锻件表层裂纹的产生原因及改进措施[Ｊ].金属世界ꎬ２０１３(３):３０－３４. [６]刘俞铭.金属热处理常见工艺技术五百种及质量缺陷分析防治及最新标准应用㊁常用参数速查实用手册[Ｍ].北京:冶金工业出版社ꎬ２０１１.[７]刘宗昌.钢件的淬火开裂及防止方法[Ｍ].北京:冶金工业出版社ꎬ２００８.[８]崔忠圻ꎬ谭耀春.金属学与热处理(第二版)[Ｍ].北京:机械工业出版社ꎬ２００７:２４４－２４６. [９]洪树利.帘线钢盘条索氏体片层间距控制生产实践[Ｊ].鞍钢技术ꎬ２０１１ꎬ３６８(２):５７－６２.[１０]高为国ꎬ王高升ꎬ李东锋.４５钢齿轮淬火裂纹的形成及扩展[Ｊ].湖南工程学院学报(自然版)ꎬ２０１２ꎬ２２(４):１３－１６.[１１]刘进益.热处理裂纹分析 典型淬火裂纹[Ｊ].东方电机ꎬ２００９(１):４４－５１.[１２]李亚红ꎬ郑淑丽ꎬ朱伟强ꎬ等.４５钢淬火裂纹分析及改进[Ｊ].航天制造技术ꎬ２０１５(５):５０－５２.[１３]陈希原.４２ＣｒＭｏ钢汽车前轴淬火开裂原因分析及改进措施[Ｊ].金属加工(热加工)ꎬ２０１２(２):１３０－１３２.[１４]刘振强.货叉轴断裂分析及改进[Ｊ].机电产品开发与创新ꎬ２０１７ꎬ３０(６):４１－４３.[１５]焦丽ꎬ陈德良ꎬ焦红倩.４０Ｃｒ钢圆钢开裂原因分析[Ｊ].热处理ꎬ２０１８ꎬ３３(３):４４－４８.[１６]李玉婕.重型货车贯通轴的热处理工艺及质量控制[Ｊ].金属加工(热加工)ꎬ２０１３(１３):４２－４３.[责任编辑㊀程光辉]１９郝少花ꎬ曹亮亮ꎬ秦凤婷:４０Ｃｒ轴叉表面开裂原因分析及改进措施研究济源职业技术学院学报ＡｎａｌｙｓｉｓｏｎＣａｕｓｅｓａｎｄＩｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔＭｅａｓｕｒｅｓｏｆＳｕｒｆａｃｅＣｒａｃｋｏｆ４０ＣｒＳｐｉｎｄｌｅＦｏｒｋＨＡＯＳｈａｏｈｕａ１ＣＡＯＬｉａｎｇｌｉａｎｇ１ＱＩＮＦｅｎｇｔｉｎｇ２１.ＣｅｎｔｒａｌＬａｂｏｕｒａｔｏｒｙ ＪｉｙｕａｎＩｒｏｎ＆ＳｔｅｅｌＧｒｏｕｐ Ｃｏ.Ｌｔｄ Ｊｉｙｕａｎ４５９０００Ｈｅｎａｎ２.ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＪｉｙｕａｎＶｏｃａｔｉｏｎａｌａｎｄＴｅｃｈｎｉｃａｌＣｏｌｌｅｇｅ Ｊｉｙｕａｎ４５９０００ＨｅｎａｎＡｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎｖｉｅｗｏｆｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｃｒａｃｋｐｒｏｂｌｅｍｏｆ４０ＣｒｓｐｉｎｄｌｅｆｏｒｋｓｕｐｐｌｉｅｄｂｙＪｉｙｕａｎＩｒｏｎ＆ＳｔｅｅｌＧｒｏｕｐ Ｃｏ.Ｌｔｄ ｓｕｒｆａｃｅｃｒａｃｋｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｔｅｓｔａｎａｌｙｓｉｓ ｃｒａｃｋｓｏｕｒｃｅｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎａｌｙｓｉｓ ｓｉｍｕｌａｔｅｄｃｒａｃｋｐａｒａｃａｒｂｕｒｉｚａｔｉｏｎｌａｙｅｒｔｅｓｔａｎｄｏｔｈｅｒｍｅａｎｓａｒｅａｄｏｐｔｅｄｔｏｄｅｔｅｃｔｔｈｅｃｒａｃｋｓａｐｐｅａｒｉｎｇａｆｔｅｒｔｅｍｐｅｒｉｎｇａｎｄｔｅｍｐｅｒｉｎｇｂｙｕｓｅｒｓ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｃｒａｃｋｏｆｆｏｒｋｗａｓｄｕｅｔｏｔｈｅｆｏｌｄｉｎｇｄｅｆｅｃｔｏｆｒａｗｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄｔｅｍｐｅｒｉｎｇｄｅｃａｒｂｕｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ.Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｒｅｄｕｃｅｃｒａｃｋｉｎｇｒａｔｅ ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｕｔｓｆｏｒｗａｒｄｓｏｍｅｍｅａｓｕｒｅｓ ｓｕｃｈａｓｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｒｏｕｇｈｉｎｇａｎｄｆｉｎｉｓｈｉｎｇｒｏｌｌｉｎｇ ｓｌｏｗｉｎｇｄｏｗｎｔｈｅｃｏｏｌｉｎｇｓｐｅｅｄａｆｔｅｒｒｏｌｌｉｎｇ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｆｌａｗｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｒｅａｓｏｎａｂｌｙｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｔｈｅｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｆｔｅｒｆｏｒｇｉｎｇａｎｄｓｏｏｎ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ４０Ｃｒ ｓｐｉｎｄｌｅｆｏｒｋ ｃｒａｃｋｓｏｕｒｃｅ ｑｕｅｎｃｈｉｎｇｃｒａｃｋ ｄｅｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ(上接第８５页)ＤｅｓｉｇｎａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＳｔｕｄｅｎｔＥｖａｌｕａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＢ/ＳＤｅｖｅｌｏｐｉｎｇＳｙｓｔｅｍＬＩＹａｎｇｙｕ ＺＨＯＮＧＪｉａｎｍｉｎｇＹｕｘｉＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅＶｏｃａｔｉｏｎ－ＴｅｃｈｎｉｃａｌＣｏｌｌｅｇｅ Ｙｕｘｉ６５３１０６ＹｕｎｎａｎＡｂｓｔｒａｃｔ Ｔｅａｃｈｉｎｇｅｖａｌｕａｔｉｏｎｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｐａｒｔｏｆｔｅａｃｈｉｎｇｑｕａｌｉｔｙｍａｎａｇｅｍｅｎｔ.Ｔｈｅｄｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆｃｏｍｐｕｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｃｔｉｖｅｌｙｃａｒｒｉｅｓｏｕｔｒｅｆｏｒｍａｎｄｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎｉｎｔｅａｃｈｉｎｇｅｖａｌｕａｔｉｏｎ.ＩｔｄｅｖｅｌｏｐｓａｓｔｕｄｅｎｔｅｖａｌｕａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅＢ/ＳｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｍｏｄｅｏｆＰＨＰ＋Ｍｙｓｑｌ＋Ａｐａｃｈｅ.Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｓｔｕｄｅｎｔｅｖａｌｕａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ ｔｈｅｖａｒｉａｎｃｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｓｔｕｄｅｎｔｅｖａｌｕａｔｉｏｎｄａｔａｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ ｓｏｔｈａｔｔｈｅｔｅａｃｈｉｎｇｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓｔａｆｆｏｆｔｈｅｄｅｐａｒｔｍｅｎｔｃａｎｇｒａｓｐｔｈｅｔｅａｃｈｉｎｇｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｔｅａｃｈｅｒｓａｎｄｍｏｎｉｔｏｒｔｈｅｔｅａｃｈｉｎｇｏｆｔｅａｃｈｅｒｓ.Ｔｈｅｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙｕｓｅｏｆｓｔｕｄｅｎｔｅｖａｌｕａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｈａｓａｃｈｉｅｖｅｄｔｈｅｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔ ｄｙｎａｍｉｃａｎｄｏｆｆｉｃｅａｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆｔｅａｃｈｉｎｇｑｕａｌｉｔｙｅｖａｌｕａｔｉｏｎａｎｄｔｅａｃｈｉｎｇｑｕａｌｉｔｙｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ.Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｓｔｕｄｅｎｔｅｖａｌｕａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ.Ｓｏｍｅｐｒｏｂｌｅｍｓｓｕｃｈａｓｔｈｅｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙｏｆｏｒｇａｎｉｚｉｎｇｔｈｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍａｎｄｔｈｅｃｏｎｔｉｎｕｉｔｙｏｆｔｈｅｃｏｎｓｃｉｏｕｓｒｅｃｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｅｖａｌｕａｔｅｓａｒｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｓｔｕｄｅｎｔｅｖａｌｕａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ Ｂ/Ｓｄｖｅｌｏｐｉｎｇｓｙｓｔｅｍ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ２９。
主轴40Cr钢开裂变形失效分析
摘要机床主轴指的是机床上带动工件或刀具旋转的轴。
通常由主轴、轴承和传动件（齿轮或带轮）等组成主轴部件。
在机器中主要用来支撑传动零件如齿轮、带轮，传递运动及扭矩，如机床主轴；有的用来装夹工件，如心轴。
除了刨床、拉床等主运动为直线运动的机床外，大多数机床都有主轴部件。
主轴部件的运动精度和结构刚度是决定加工质量和切削效率的重要因素。
衡量主轴部件性能的指标主要是旋转精度、刚度和速度适应性。
①旋转精度：主轴旋转时在影响加工精度的方向上出现的径向和轴向跳动（见形位公差），主要决定于主轴和轴承的制造和装配质量。
②动、静刚度：主要决定于主轴的弯曲刚度、轴承的刚度和阻尼。
③速度适应性：允许的最高转速和转速范围，主要决定于轴承的结构和润滑，以及散热条件。
主轴是机床上传递动力的零件，常需承受弯曲、扭转、疲劳、冲击载荷的作用，同时在滑动与转动部位还收到摩擦力的作用。
因此，要求主轴具有高温度，硬度，足够的韧性及疲劳强度、变形小等性能，而40Cr钢作为优质的碳素合金结构用钢，具有较佳的综合力学性能，适合于高频淬火，火焰淬火等。
40Cr调质以后的硬度大概在HRC32-36之间,也就是说大概HB330-380之间.为中碳调制钢，冷镦模具钢。
该钢价格适中，加工容易，经适当的热处理以后可获得一定的韧性、塑性和耐磨性。
正火可促进组织球化，改进硬度小于160HBS毛坯的切削性能。
在温度550~570℃进行回火，该钢具有最佳的综合力学性能。
该钢的淬透性高于45钢，适合于高频淬火，火焰淬火等表面硬化处理等。
本次毕业设计让我有机会锻炼并加强自己的热力计算能力、工程设计能力、绘图能力以及分析、解决问题的能力，提高自己的写作和编辑能力，以及自己查阅和熟练地运用参考文献的能力，为以后的工作积累宝贵的知识和经验。
关键字：机床主轴；40Cr；热处理AbstractMachine tool spindle refers to machine the workpiece or tool rotating shaft. Usually by the spindle, bearings and transmission parts (gear or belt wheel) composed of spindle parts. The machine is mainly used to support the transmission parts such as gears, pulleys, transmission of motion and torque, such as machine tool spindle; some to clamp the workpiece, such as spindle. In addition, broaching machine, planer main movement into linear movement of the machine tool, the majority of machine tools have spindle. The movement precision and the structure of spindle rigidity is an important factor to determine the machining quality and cutting efficiency. Measurement of spindle components performance index is mainly to the rotation accuracy, stiffness and rate adaptation.The rotating precision: the shaft in the direction affects the processing precision of rotation of the axial and radial run out (see tolerances), depends mainly on the spindle and the bearing manufacturing and assembly quality.static stiffness: bending depends mainly on the stiffness of the spindle,bearing stiffness and damping.The speed of adaptation: the maximum allowed speed and speed range,structure and mainly depends on the bearing lubrication, and cooling condition.Spindle is a power transmission machine parts, often need to be subjected to bending, torsion, fatigue, impact load, at the same time, sliding and rotating part also received the frictional force. Therefore, requirements of spindle with high temperature, hardness, toughness and fatigue strength enough deformation, and other performance, while the 40Cr steel as steel with carbon alloy , has better composite mechanical properties, suitable for , flame hardening.After the 40Cr quenched and tempered hardness about HRC32-36 between, that is to say about HB330-380. For medium carbon tempered steel, cold heading die steel. The steel price moderate, easy processing, can achieve a certain toughness, ductility and wear resistance after proper heat treatment. Normalizing can promote tissue ball, improve the cutting performance of hardness is less than 160HBS blank. By tempering at a temperature of 550~570 ℃, has the best mechanical properties of the steel. The hardenability of the steel is higher than that of 45 steel, suitable for high frequency quenching, flame quenching surface hardening treatment etc..The graduation design had brought me an opportunity to exercise and strengthen the ability of thermodynamic calculation, engineering design, drawing , analyzing and solving problems, improved my writing and editing capabilities as well as the ability of using reference literatures, from which I gained valuable experience and knowledge for future work.Key word:Machine tool spindle;40Cr;heat treatment目录摘要...................................................... 错误！未定义书签。
40Cr冷拔脆断原因分析
40Cr冷拔脆断原因分析摘要某冷拉厂于2011年购进一批，规格为20 mm的40Cr圆钢，冷拔加工成17 mm的六角形钢，在此过程中，出现了大量脆断现象，断口形貌呈子弹型，本文从断口形貌，金相组织、受力状况等方面对拉拔断裂的原因进行了分析。
关键词冷拔；断口；金相组织冷拔简介：冷拔工艺为：圆钢→退火→轧头→酸洗→润滑处理→冷拔。
冷拔过程的是原材料在拉拔力的作用下，形成径向压缩，轴向拉伸的应力状况，使材料产生塑性变形，受力方向与表面呈一定的角度。
其合力沿拉伸方向，为与材料表面呈一定夹角，由表面指向材料中心。
试样的选取：为了分析其原因，现场选取了3截冷拔断裂试样，同时切取了同一炉号，未经冷拔的原材料试样2个，以及另外2个炉号没有出现断裂的，同材质、同规格的产品试样各2个带回分析。
试样的检测：首先利用超声探伤仪对带回的试样进行C型和A型水浸超声检测，原材料均未发现裂纹缺陷，而在冷拔后的六角形棒料的中心部位，均发现间断性的裂纹。
对此材料进行拉伸破坏性试验，其断口形貌均与现场情况完全吻合，断口形形貌如图1、图2所示。
图 1 断口侧视图图2 断口正视图图1为宏观断口侧视形貌，断口突出的一端呈子弹形，内凹的一端呈圆形陨石坑形，两端完全吻合；图2为宏观断口正视形貌，分3个区：纤维区（A区）；放射区（B区）；瞬断区（C区）。
A区为灰黑色，位于断口中央的位置，直径约1.8mm，是断裂起始的裂纹源区。
B区为灰白色，在外加拉应力的作用下，中心裂纹呈放射状向外扩展；C区为灰色，为在放射区的外围厚度为1.8mm的圆环区，组织致密，呈细瓷状，所有断口四周未发现氧化及污染痕迹，这表明裂纹是在冷拔过程中产生。
根据断口形貌特征，裂纹的走向是由心部向外延伸至表面。
断口电镜分析：图3 （A区）纤维区对断口的3个区域，分别进行扫描电镜观察，从中可以看出，在A区（图3），有较多的显微空洞及夹杂物，唇状裂纹是由显微空洞在外力而作用下，逐渐扩展最后连接造成形成，说明此部位为材料断裂的起源；B区（图4）裂纹扩展区的微观形貌特征为较浅韧窝+少量解理+撕裂棱，具有河流花特征，裂纹扩展有方向性表明材料韧性不高，C区（图5）为瞬断区，形貌为等轴韧窝+撕裂棱，为拉伸脆性断裂。
40Cr钢管开裂的原因分析
四 、结语
对４０ｃｒ钢管断裂原 因分析结果表明 ，４０Ｃｒ管材 Ｃ含 量较 高 ，条 状 夹 杂 物 分 布 在 基 体 中 ，淬火 时 增 大 了内应力的不均匀 ，这是导致钢管开 裂的主要原 因 。ＭＷ
关 于低 碳 钢 攻 细 牙螺 纹 出现 烂 矛 问题 的探 讨 提 高制 动 器 合 格 率 的 攻 关 数控 车床 多把 刀具加 工螺 纹的对 刀方 法 车床 上 中心 高对 刀仪 的设计 内 螺 纹 攻 丝 器 的研 究 实 现 西 门子 ８４０Ｄ￣＆通 道 数 据 交换 的 方 法 圆柱 展 开 指 令在 铣 削 圆柱 凸轮 中 的应 用 变量编程在 系列化 零件车削 中的应 用 哈 夫模 芯 制 造 工 艺 分 析 电极 片级 进 模 设 计 大型立 式车床垂直 刀架移动对工作 台 面平行度 的检验 密封 环 槽 高度 测 量 方 法 的 改 进 用 Ｃｉｍａｔｒｏｎ ＩＴ软 件 解 决 圆柱 Ｕ形槽 数控 加 工 ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ设 计 刃 磨 锥 齿 轮 刨 刀 工 装 机 床 液 压 变速 系统 的 简 易化 机 电改 造 实 例 数 控 加 工 中 心 维 修 四例 磨 床 主 轴 精 度 的 恢 复
的 技 术 要求 ，如表 １所 示 。 表１ ４０Ｃｒ钢的化学成分分析 （质量分数） （％）
元素 Ｃ
Ｓｉ Ｍｎ Ｐ Ｓ Ｃｒ
实测值 Ｏ．５３ Ｏｌ３５ ０．６４ Ｏ．Ｏ２ Ｏ．０１９ １．０８
技 术要求 ０．４０～０．４４ ０ ｌ７～０ ３７ ０．５０～０．８Ｏ ≤０．０３０ ≤０．０３０ ０．９５～１．１（
40Cr电机轴断裂原因分析
轴承 （a）整体形貌
直棱角
1 理化检验
1.1 宏观检验 断裂位置发生在电机轴最大轴径 椎55 mm 与中
部 椎44 mm 过渡轴肩台阶根部，紧靠轴承安装部位， 断裂面与电机轴轴线垂直，如图 1（a）. 电机断轴宏观 整体形貌。断轴宏观断口整体平齐、组织细腻，轴肩 台阶过渡处为直棱角、无过渡圆角，根部加工刀痕粗 糙、清晰可见；断口局部有红褐色锈蚀痕迹，分布于 断口周向边缘，说明裂纹源早期萌发于此，形貌如图 1（b）电机断轴宏观局部形貌。
中图分类号：TG115
文献标识码：A
文章编号：1672-545X（2018）06-0200-04
电机是机械设备提供动力的重要部件，近年来 其各类设备的电机故障时有发生[1，2]。就某工地 J3000 型搅拌设备振动筛所配备的 15 kW 三相异步电机 （型号 YE3-160L-4） 的电机轴在运转过程中发生断 裂，且该类似的断轴事故在设备运行初期两月内相 继发生三起，给用户和生产厂家均带来了极大的经 济损失。据悉，该电机为后备采购件，电机轴最小直 径 椎42 mm，最大直径 椎55 mm，总长 638 mm，其材 料和热处理工艺要求为 40Cr 调质。工作过程中该电 机轴承受着扭转应力和交变弯曲应力的双重作用 力，零件使用性能要求高；为了找出电机轴断裂的主 要原因，从理化检验和强度校核方面进行了分析讨 论。
部分分别进行测试，数值见表 2 洛氏硬度测试结果， 实测硬度范围 23~24.5HRC. 资料可查，40Cr 材料调 质工艺规范硬度 25~30HRC 为佳，能获得优良的综 合机械性能和较好的切削加工性能。可见，电机轴硬 度偏低。
表 2 洛氏硬度测试结果 HRC
位置 囟55mm 轴端 24.6 囟42mm 轴端 22.5
40Cr钢汽车半轴断裂原因分析
40Cr钢汽车半轴断裂原因分析李海明【摘要】针对某40 Cr钢汽车半轴在装配过程中发生断裂的问题，通过对半轴的化学成分、显微组织、力学性能、断口等方面进行分析，查找出了导致半轴断裂的原因。
结果表明：半轴热处理时淬火温度过高或保温时间过长，导致奥氏体晶粒粗大，冷却时在材料心部形成魏氏体组织，是导致半轴断裂的主要原因；另外淬火温度偏高导致杂质元素在晶界聚集，降低了晶界的结合强度，也促进了半轴的断裂。
因此，优化冶炼工艺制度、并严格遵守热处理制度是避免汽车半轴断裂的主要措施。
%Aiming at the problem of fracture of 40Cr steel automobile half-shafts during assembly,by analyzing the chemicalcompositions,microstructure,mechanical properties and fracture of the half-shaft,the fracture reasons were found out.The results show that the too high quenching temperature and too long holding time in the heat treatment process led to coarse austenite,and then widmanstatten structure was formed in the center of the half-shaft during cooling, which were the main reasons for the fracture.At the same time,higher quenching temperature led to the aggregation of impurity elements at the grain boundaries and reduced the grain boundary bonding strength,which also accelerated the fracture of the half-shaft.Therefore,optimizing of smelting process system and strictly complying with the heat treatment process system were main measures to avoid fracture of the automobile half-shafts.【期刊名称】《理化检验-物理分册》【年(卷),期】2016(052)008【总页数】5页(P589-593)【关键词】汽车半轴;断裂;魏氏体组织;热处理工艺;夹杂物【作者】李海明【作者单位】莱芜钢铁集团有限公司，莱芜 271104【正文语种】中文【中图分类】TG16140Cr钢是常用的中碳低合金高强度调质钢，其抗拉强度、屈服强度及淬透性等指标均优于45钢，应用非常广泛[1-2]。
钎杆的损坏原因和索赔标准
矫马钎杆的分类根据钎杆端部形状分类，钎杆可以分为楔形、扁铲形、塔锥形、钝形等等；图4.1常用钎杆图4.2其他钎杆4.1.2钎杆的用途根据钎杆的尖端部不同钎杆的用途也不同，具体情况如下表：4.1.3三种典型钎杆的特性介绍这种钢钎形状像削尖了的铅笔外形。
常在穿破物体时使用。
也就是说，即使是很硬的物体也能被点锥产生的劈力分开。
包括像没有加固或者稍微加固的混凝土、水成岩和高硬度、有缝的岩石等。
特性：提供的能量通过一点时将产生很好的穿透力并环形传播这种劈力，无扭转。
扁形钢钎这种钎杆像石匠的凿子。
扁平凿工作原理跟点锥相同。
但在相同的工作条件下，扁平锥更耐磨。
由于他们的外形更适合处理加固的物质，因而扁平凿在打碎加固的混凝土时效果更好。
他们也因此被推荐为破碎笨重的钢筋混凝土，除此之外，也广泛适用于沉积岩和高硬度的有裂缝的岩石。
特性：有非常优秀的劈力，很好的穿透力，扭力会作用在被打击物和固定销上。
平头形钢钎平头形钢钎没有像锥形和扁形钢钎一样的尖端，因此不能通过穿透和劈砍打碎物体，由于尖梢变成钝的，这些工具磨损仅仅在使用长度上（如没有重新磨快、任何工具最后都将成为钝钢）。
平头形钢钎常用于破碎坚硬、脆性的物体如坚石、火成岩和变质岩等。
特性：提供的能量通过一个大的表面，最好的破碎效果，固定销上不会产生扭转力。
4.2钎杆损坏的典型故障⑴钎杆断裂①因打击角度不良导致的典型故障，如图4.3所示图4.3打击角度不良造成断裂②缺少润滑脂或润滑脂选用不当导致的典型故障，如图4.4所示图4.4缺少润滑脂造成断裂③钎杆受旋转力矩，如图4.5所示④因材质缺陷导致，如图4.6所示图4.5旋转力矩造成断裂图4.6材质缺陷造成断裂⑵钎杆局部损坏①钎杆与打击活塞接触部位，如4.7②钎杆与锁定销接触部位，如4.8主要产生原因:主要产生原因:·液压系统调整不当·空打(压力、流量调整过大)·衬套磨损过大·固定销损坏（钎杆在衬套内歪斜）·空打·固定销使用不当图4.7打击部位损坏图4.8锁定销部位损坏③疲劳损伤，如图4.9所示主要产生原因:·过渡使用·钎杆选择错误·打击韧性较大物体·同一位置打击时间过长图4.9疲劳受损4.3相关设计改进经过对市场用户的调查了解到，当液压破碎器的钎杆非垂直于打击物体表面，并且驾驶员并不知道钎杆的非垂直状态而继续进行打击破碎时，在弯矩的作用下就会将钎杆折断，如图4.10所示：图 4.10非垂直打击钎杆折断后的断面如图4.11所示：图4.11钎杆折断面。
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1.1 宏观分析 断裂钎杆沿直径方向纵向劈裂成两半，劈裂断口沿
心部 带 状 区 域 为 断 裂 源 扩展 至 钎 杆 表 面 及 横 断 面 ，横 断面又由此为源发生横向断裂，见图 1。
低倍取样位置
高倍取样位置
断裂源位置 图 1 断裂钎杆断口宏观形貌
1.2 化学成分分析 采用光谱仪在断裂样附近取样进行化学成分检验
P 0.015 ≤0.020
S 0.005 ≤0.010
H 0.00021
--
1.3 低倍形貌分析 在断口处取样用 1：1 盐酸水溶液热酸蚀后，观察断
口处低倍形貌，断口处存在呈不规则分布的、锯齿形细 小发纹，此为典型的白点缺陷形貌，见图 2。 1.4 扫描电镜断口分析
在钎杆断口处取样，经超声波清洗后放入扫描电镜 内进行 SEM 断口观察。断裂源区带状区域为冰糖状沿 晶断裂特征，并且断口表面有一定程度的氧化，正常区 域为解理+准解理的混合型断裂特征，且存在鸡爪型撕 裂棱，见图 3。整个断口未发现明显的冶金缺陷。
金属世界，2013（3）：30-34. ［2］黄廷杰.40Cr 钢强韧化处理后的力学性能［J］.热加工工艺，
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12
第 33期9 卷 第 3 期 2019 年 6 月
冶金与材料
Metallurgy and materials
Vol.39 No.3 June 2019
40Cr 钎杆断裂原因分析
郝少花
（济源钢铁集团有限责任公司—中心化验室，河南 济源 454650）
摘 要：针对 40Cr 圆钢加工成钎杆后卸货时发生断裂问题，对断裂处进行了化学成分分析、宏观形貌分析、微 观组织分析和断口 SEM 观察分析，分析结果表明：钎杆断裂是在氢和应力作用下发生的氢致延迟脆性断裂，断 裂源处组织偏析严重、应力较大，也增加了钎杆断裂倾向。提出了通过炉外精炼、真空脱气等技术降低钢中的 硫、氢含量，优化拉坯速度与过热度的匹配关系、合理调整二冷末端电磁搅拌参数等改善材料偏析，为行业企业 提供了借鉴思路。 关键词：钎杆；氢脆；断裂；白点缺陷；偏析
图 2 断口处低倍宏观形貌
作者简介：郝少花（1988-），女，河南济源人，硕士，研究方向：材料学。
11
断裂源处断口 SEM 形貌 1.5 金相分析
在断裂源处取样，经磨制、抛光、腐蚀后，在金相显 微镜下观察，断裂源处存在多条偏析带，偏析带上组织 为 M+B 组织，正常区域组织为 P+F 组织，见图 4。
向断裂。断口微观分析，断裂源处带状区域为沿晶断 口，正常区域为解理+准解理的混合型断裂特征，且存 在鸡爪型撕裂棱，这些都是氢脆断口的典型特征。氢脆 的产生是由于钢铁基体中的氢原子向应力集中的部位 （如钢中的非金属夹杂物、原子点阵位错、空穴等）扩散 聚集，形成“陷阱”。活动氢原子扩散到这些“陷阱”中， 氢原子变成氢分子，产生巨大应力，在该应力集中部位 形成微裂纹，当应力超过材料的屈服强度时，微裂纹扩 展发生断裂。由于氢脆与氢原子的扩散有关，而扩散是 需要时间的，故氢脆通常表现为延迟断裂。
由金相分析可知，断裂源处带状区域为 M+B 组织， 而正常区域组织为 P+F 组织，马氏体相与基体相间比 容差较大，产生较大的组织应力，增加了开裂倾向。
3结语
该 40Cr 钎杆断裂是氢致延迟型脆性断裂，其是在 应力和氢共同作用下导致的断裂。
为了预防合金钢钎杆发生断裂，在实际生产中采用 以下措施：通过炉外精炼、真空脱气等技术降低钢中的 硫、氢含量；优化拉坯速度与过热度的匹配关系、合理 调整二冷末端电磁搅拌参数等改善材料偏析，减少偏 析对材料热处理工艺性能的影响。 参考文献 ［1］彭涛，赵明.40Cr 锻件表层裂纹的产生原因及改进措施［J］.
40Cr 合金结构钢具有良好的淬透性和较高的疲劳 强度，经调质处理后常用于制造（如齿轮、轴、连杆等） 承受中等载荷和转速的零件。此防止此类零件在冲击 或 过 载 下 发 生 断 裂 和 变 形 ，要 求 零 件 具 有 较 高 的 屈 服 强度、抗拉强度和韧性等；为保证零件在机加工时易于 加工，要求钢材具有良好的工艺性能等。某批规格为 椎140mm 的 40Cr 材料供货给用户经下料、车削、热处理 加工制成钎杆，成品钎杆在卸货时摔断。文章通过化学 分析、低倍形貌分析、微观组织分析、断口形貌分析，找 出了引起断裂的原因，并提出相应的预防和改进措施。
图 4 断裂源处组织形貌 100X
2 讨论分析
由样品的化学成分检测结果可知：失效钎杆的化学 成分符合标准要求，表明断裂的产生与材质无关。
低倍分析可知，断口处存在呈不规则分布的白点缺 陷。断口宏观观察可知，断口沿心部带状区域为断裂源 扩展 至 钎 杆 表 面 及 横 断 面，横 断 面 又 由 此 为 源 发 生 横
分析，断裂样的化学成分检测结果符合 GB/T3077-2015 对 40Cr 成分的要求，结果见表 1。
项目 实测值 标准值
C 0.395 0.37~0.44
表 1 钎杆断裂试样的化学成分，wt%
Si 0.234 0.17~0.37
Mn 0.684 0.50-~0.80
Cr 0.905 0.80~1.10