Page 75 - 理化检验-物理分册2020年第二期
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李剑玉: 弹性圆柱销开裂失效分析


                                                                  发生氢脆通常需要两个必要条件, 一是必须有
                                                               氢的发生源, 二是对象金属需对氢敏感                [ ７Ｇ８ ] .调查发
                                                               现, 因该批弹性圆柱销出厂检验时硬度偏低, 故生产
                                                               厂家对该批圆柱销增加了一次热处理.热处理前需
                                                               先用稀盐酸退掉圆柱销表面发蓝层, 然后退火 → 淬
                                                               火 → 回火.热处理前退镀后厂家没有增加相应的除
                                                               氢工序, 未及时除氢, 导致氢渗入圆柱销, 这便是氢
                                                               的来源.失效圆柱销的材料为 ６５ Mn 弹簧钢, 该材
                         图 ６  人为打开断口 SEM 形貌                    料的强度很高, 为氢脆敏感材料.本次失效满足氢
                 Fi g 敭６ SEM mor p holo gy oftheartificialo p enfracture  脆发生的两个必要条件, 在装配拉应力的作用下该
            ２  分析与讨论                                           圆柱销产生了径向氢脆开裂.

                                                              ３  结论及建议
                 失效 圆 柱 销 的 化 学 成 分 满 足 GB / T ３２７９－
            ２００９ 要求, 断面未见明显的塑性变形及冶金缺陷,                             失效圆柱销在退镀工序后没有进行相应的除氢
            初步排除过载断裂和原材料缺陷产生裂纹的可能.                             工序, 氢渗入了圆柱销内部, 导致该弹性圆柱销发生
            失效圆柱销的裂纹位于圆柱销开口正对面, 沿弹性                            氢脆失效.
            圆柱销轴向分布.有文献指出, 带状组织对弹性圆                                建议后续生产中, 在退镀及其他产生析氢反应
            柱销的性能影响很大, 主要表现为各向异性, 造成弹                          的工序后增加除氢工序, 以及时除去材料中的氢, 避
            性圆柱销径向开裂         [ ４ ] .但失效圆柱销显微组织为回               免氢脆的产生.
            火马氏体, 未见带状组织, 可排除带状组织造成弹性
                                                               参考文献:
            圆柱销开裂的可能.失效圆柱销的显微组织未见脱

            碳, 排除脱碳导致圆柱销强度不足而开裂的可能.                             [ １ ]   « 中国航空材 料 手 册» 编 辑 委 员 会 ． 中 国 航 空 材 料 手
                 失效圆柱销裂纹呈连续而曲折的锯齿状, 未见                              册[ M ] ． 北京: 中国标准出版社, ２００２．
            分叉, 这是氢脆裂纹的典型形貌.裂纹起源于圆柱                             [ ２ ]   黄志涛, 田 文 怀, 苏 永 安 ． 普 通 碳 素 钢 渗 氮 后 的 氢 脆
            销外侧亚表面, 整个断面干净, 未见腐蚀产物.裂纹                               敏感性[ J ] ． 理化检验( 物 理 分 册), ２０１０ , ４６ ( ７ ): ４２３Ｇ
            扩展区占整个断口的绝大部分, 微观断口呈冰糖状                                 ４２６．
                                                                [ ３ ]   刘强, 林乃明, 沙春鹏, 等 ． 钢铁材料电镀镉的研究现
            沿晶分离, 晶粒轮廓鲜明, 晶面上可观察到变形线,
                                                                    状[ J ] ． 表面技术, ２０１７ , ４６ ( １ ): １４６Ｇ１５７．
            为典型的氢脆断口微观形貌.
                                                                [ ４ ]   郭弘 ．６５Mn弹性圆柱销径向脆断原因分析及改进措
                 氢质 量 分 数 测 定 试 验 发 现 失 效 圆 柱 销 含 有
                                                                    施[ J ] ． 金属加工( 热加工), ２０１２ , ６３ ( １７ ): ３９Ｇ４２．
            ０．０００４１％~０．０００８６％ 的氢.一 般 钢 中 氢 质 量 分                [ ５ ]   张栋, 钟培道, 陶春虎, 等 ． 失效分析[ M ] ． 北京: 国防
            数为 ０．０００５％~０．００１％ 时就会产生氢致裂纹              [ ５ ] , 但      工业出版社, ２００４．
            有文献表明, 氢脆敏感性随钢铁材料强度的提高而                             [ ６ ]  LOIDL  M , KOLK  O , VEITH   S , et al．
            急剧增加     [ ６ ] .特别是当抗拉强度超过１０００MPa后                      Characterization of h y dro g en embrittlement in
            即使在氢质量分数较低的情况下材料也可能发生氢                                  automotive advanced hi g h stren g th steels [ J ] ．
            脆断裂.而失效圆柱销的显微维氏硬度换算成抗拉                                  Materialwissenschaftund Werkstofftechnik , ２０１１ , ４２
            强度后达到 １７４９~１７８１ MPa , 对于如此高强度的                          ( １２ ): １１０５Ｇ１１１０．
                                                                [ ７ ]   陈旭, 孟文华, 顾 静 青, 等 ．SWRCH１５A 钢 螺 钉 断 裂
            钢而言, 即使是 ０．０００４１％ 的氢也完全可以造成氢
                                                                    原因分 析 [ J ] ． 理 化 检 验 ( 物 理 分 册), ２０１６ , ５２ ( ７ ):
            脆开裂.结合裂纹宏观形貌、 断口微观形貌、 硬度、
                                                                    ５０７Ｇ５０９．
            金相及 氢 质 量 分 数 判 断 失 效 圆 柱 销 发 生 了 氢 脆
                                                                [ ８ ]   郭垚峰, 周海生, 王永明, 等 ． 电镀高强度螺丝断裂分
            开裂.
                                                                    析[ J ] ． 材料研究与应用, ２０１６ , １０ ( ４ ): ２７８Ｇ２８２．






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