45鋼是一種優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，具有較高得強(qiáng)度和硬度，廣泛應(yīng)用于機(jī)械行業(yè)制作承受負(fù)荷較大得小截面調(diào)質(zhì)件和應(yīng)力較小得大型正火零件，以及對(duì)心部強(qiáng)度要求不高得表面淬火零件等。感謝主要研究了某45鋼M16雙頭螺柱在服役過程中出現(xiàn)斷裂，并對(duì)斷裂機(jī)理進(jìn)行了研究分析。
具體斷裂形貌如圖1所示。
圖1 斷裂形貌
斷裂位置位于雙頭螺柱螺紋部位，斷面較為平整，未見腐蝕色彩，裂紋源區(qū)位于螺紋牙底部位，為單一裂紋源；擴(kuò)展區(qū)約占整個(gè)斷面得3/4，說明該斷裂雙頭螺柱所受載荷較低；瞬斷區(qū)與斷面呈45°夾角。
一、分析過程及結(jié)果
1.1 斷口分析
對(duì)斷裂得45鋼雙頭螺柱進(jìn)行掃描電鏡微觀斷口分析，結(jié)果如圖2所示。
圖2 斷口微觀形貌
裂紋起源于螺紋牙底，斷口較為平齊，未見明顯塑性變形，未見腐蝕色彩，斷面呈灰色特征。斷口源區(qū)、擴(kuò)展區(qū)呈疲勞特征；瞬斷區(qū)呈韌窩特征。
1.2 組織分析
對(duì)螺柱斷裂位置進(jìn)行取樣，腐蝕劑選用4%硝酸酒精溶液，試樣制備依據(jù)GB/T 13298—2015進(jìn)行，對(duì)制好得試樣進(jìn)行金相分析，結(jié)果如圖3所示。
圖3 顯微組織
金相分析結(jié)果表明，表層未見脫碳現(xiàn)象，心部為未淬透組織，顯微組織為網(wǎng)狀鐵素體+片層狀珠光體組織，表層為高溫回火組織，無脫碳現(xiàn)象；非金屬夾雜物主要為C類細(xì)系2級(jí)及DS類1.5級(jí)。
1.3 性能驗(yàn)證
對(duì)拆卸下來得雙頭螺柱，進(jìn)行破壞拉力和硬度分析，結(jié)果見表1、表2。
該斷裂件和拆卸下來得完好件，破壞拉力和硬度值均滿足8.8級(jí)螺栓硬度值要求，但硬度值存在不均勻現(xiàn)象，處于標(biāo)準(zhǔn)值下限。
表1 破壞拉力統(tǒng)計(jì)
表2 硬度統(tǒng)計(jì) （HRC）
二、分析與討論
該斷裂件斷口為疲勞斷口，未見氧化腐蝕色彩，如圖4所示；顯微組織不均勻，心部為鐵素體+珠光體組織，表層為回火索氏體結(jié)構(gòu)，存在未淬透現(xiàn)象；螺紋牙側(cè)非承載面中徑以上存在折疊，牙根部位有折疊等不連續(xù)性缺陷；單件硬度值表層和心部相差較大，平均值處于標(biāo)準(zhǔn)值下限。
通過觀察斷裂雙頭螺柱外表面，裂紋源區(qū)相對(duì)得表面鍍層局部磨損較為嚴(yán)重；說明雙頭螺柱在使用過程中存在偏載現(xiàn)象，造成局部應(yīng)力集中。
圖4 裂紋源區(qū)側(cè)表面
綜上所述，該45鋼雙頭螺柱在服役過程中發(fā)生斷裂，斷裂形式為單源疲勞斷裂；淬火過程中存在未淬透現(xiàn)象，顯微組織為非單一均勻回火索氏體結(jié)構(gòu)；存在安裝偏載現(xiàn)象[1]，在后期服役中受力不均勻，造成螺紋根部局部應(yīng)力集中，受到反復(fù)交變載荷作用，致使裂紋萌生直至斷裂。
建議加強(qiáng)對(duì)45鋼雙頭螺柱熱處理工藝控制，GB/T 3098.1—2010規(guī)定對(duì)8.8級(jí)性能等級(jí)用得材料，應(yīng)有足夠得淬透性，以確保緊固件螺紋截面得心部在淬硬狀態(tài)，回火前獲得約90%得馬氏體組織，因此建議選用淬透性更好得合金結(jié)構(gòu)鋼，保持顯微組織得一致性；進(jìn)一步對(duì)安裝過程進(jìn)行控制，確保螺柱在服役過程中受力均勻。
參考文獻(xiàn)：
[1] 李波，劉海波，凌婷，等.雙頭螺柱斷裂失效分析[J].金屬制品，2017（4）：23-24.
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