Page 53 - 理化检验-物理分册2023年第三期
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孙晓军, 等: 45钢螺帽断裂原因
示, 可见螺帽的硬度均匀, 且均满足 GB / T1172- 帽毛坯孔壁厚度正处于该区间范围内。螺帽为盲孔
1999的要求。对第二次热处理后的螺帽进行金相 结构, 盲孔底部与孔壁相交处为尺寸突变处; 盲孔加
检验, 结果如图6所示, 可见螺帽的显微组织为回火 工方式为车削成型, 表面较为粗糙, 且在盲孔底部与
索氏体, 未见上贝氏体等非马氏体组织。 孔壁结合处过渡圆弧较小, 工件上的缺口、 尖角、 沟
表4 第二次热处理后螺帽的硬度测试结果 HRC 槽等都是淬火内应力集中的地方, 是淬裂的危险
试样编号 测试值1 测试值2 测试值3 平均值 标准值 源 [ 6 ] 。该批螺母材料碳元素含量较高, 提升了淬火
# 时获得马氏体的能力 [ 7 ] , 且原材料中存在少量碳化
4 31.2 31.4 31.5 31.4
# 物带状偏析, 裂纹在内壁与盲孔底部交接处产生并
5 30.8 30.5 30.9 30.7 28~32
# 沿晶扩展, 在随后的高温热处理过程中, 裂纹表面氧
6 31.3 31.0 30.7 31.0
化, 回火后裂纹表面发黑。完全断开的螺帽已在热
处理工序被挑出报废, 未完全断开的螺帽在后续的
数控车过程中发生断裂。
3 结论及建议
45钢螺帽毛坯存在盲孔, 孔底存在较大车刀
纹, 孔底与孔壁相接处过渡圆弧较小, 该处为尺寸突
变处, 且壁厚为45钢淬火裂纹敏感厚度, 同时材料
图6 第二次热处理后螺帽的显微组织形貌 存在少量碳化物带状偏析, 在第二次热处理淬火水
2 综合分析 冷过程中, 淬火裂纹在螺帽孔底与孔壁相交处产生,
并沿晶扩展, 数控车过程中, 有 2 个螺帽最终发生
由上述理化检验结果可知: 断裂螺帽的主要化 断裂。
学成分满足标准要求, 碳元素含量接近标准上限; 裂 建议将螺帽的加工工艺调整为: 下料→普车→
纹起源于螺帽内壁与孔底相交处, 沿内壁向外壁呈 热处理→车底孔→数控车→攻丝→表面处理, 以避
圆弧状扩展; 断口呈黑灰色, 说明存在陈旧性裂纹; 免产生淬火裂纹。
数控车断裂螺帽断口表面存在氧化现象, 经清洗后 参考文献:
观察断口表面主要呈沿晶特征; 断口表面未见脱碳
现象, 显微组织为回火索氏体结构, 未见过热、 过烧 [ 1 ] 顾培育, 程全士, 窦建伟, 等.45钢双头螺柱断裂失效
等缺陷, 存在少量带状组织偏析, 非金属夹杂物为 D 分析[ J ] . 金属加工( 热加工), 2020 ( 6 ): 56-57.
类细系0.5级; 数控车断裂螺帽的硬度满足标准要 [ 2 ] 李亚红, 郑淑丽, 朱伟强, 等.45钢淬火裂纹分析及改
求, 但接近标准上限。如果材料存在原始裂纹, 则热 进[ J ] . 航天制造技术, 2015 ( 5 ): 50-52.
[ 3 ] 丁礼权, 范植金, 叶巍, 等.45钢齿轮轴零件淬火开裂
处理后, 裂纹周围会有氧化圆点和明显的氧化脱碳
原因分析[ J ] . 理化检验( 物理分册), 2014 , 50 ( 10 ):
现象 [ 3 ] , 而开裂螺帽毛坯和数控车断裂螺帽的裂纹
767-769.
均与圆环呈 45° 夹角, 且断口表面未见明显脱碳现
[ 4 ] 尹德军, 康学勤, 刘云峰, 等. 行星架调质开裂原因分
象, 故排除原材料存在开裂问题的情况。
析[ J ] . 兵器材料科学与工程, 2018 , 41 ( 2 ): 94-97.
45钢的淬透性差, 在油淬过程中常出现非马氏 [ 5 ] 边晋荣, 赵瑞, 李志广, 等.45 钢热处理淬火裂纹控
#
体组织 [ 4 ] , 造成产品的硬度较低, 难以满足标准要 制[ J ] . 机械管理开发, 2007 , 22 ( 增刊 1 ): 105-106 ,
求。为了提升该批螺帽的淬透能力, 在热处理之前 108.
钻取了直径为12mm , 壁厚约为5mm 的底孔。该 [ 6 ] 刘宗昌. 钢件的淬火开裂及防止方法[ M ] . 北京: 冶金
批螺帽经过两次热处理, 第一次淬火后油冷处理, 发 工业出版社, 2008.
现螺帽存在非马氏体组织, 又对该批螺帽进行了第 [ 7 ] 王长健.45钢锥套淬火裂纹失效分析[ J ] . 金属热处
二次淬火 后 水 冷 处 理。螺 帽 毛 坯 孔 壁 厚 度 约 为 理, 2017 , 42 ( 4 ): 204-207.
5mm , 45钢的淬火裂纹敏感厚度为5~8mm , 螺
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