Page 65 - 理化检验-物理分册2023年第十二期

许永春, 等: 65Mn钢锥形垫圈断裂原因

深度约为0.007mm , 未见对力学性能影响较大的非 沿晶+少量韧窝+少量二次裂纹; 垫圈支撑面表面

金属夹杂物, 显微组织为回火屈氏体, 未见过热过 存在深度约为0.007mm 的微裂纹, 显微组织为回
烧、 脱碳等缺陷。 火屈氏体, 未见脱碳及过烧现象; 垫圈硬度超出

1.5 硬度测试 42~50HRC标准值要求。
断裂垫圈规格较小, 无法进行洛氏硬度测试, 只 通常氢脆、 应力腐蚀、 液态金属致脆、 过烧及回

能进行维氏硬度测试, 参照 GB / T4340.1 — 2009 《 金 火脆性引起的断口大多呈沿晶断裂特征 [ 6 ] 。显微组

属材料 维氏硬度试验 第1部分: 试验方法》 进行试 织未见过烧现象, 排除过烧问题; 断口表面未见腐蚀

验, 试验载荷为294.2N , 保载时间为15s , 3点实测值 形貌, 排除应力腐蚀的影响; 锥形垫圈和螺母表面的

分别 为 540 , 548 , 546 HV , 平 均 值 为 545HV , 即 处理方式均为达克罗处理, 不存在低熔点金属, 如镉

52HRC , 依据 GB / T1172 — 1999 《 黑色金属硬度计强 等, 排除液态金属致脆原因; 垫圈断口晶面未见鸡爪
度换算值》, 可知结果超出垫圈标准值。 痕和撕裂棱等典型氢脆特征, 同时垫圈表面处理方
式为达克罗, 未进行电镀处理, 可排除氢脆影响。常
2 综合分析
规检测手段难以判断回火脆性, 人工打断断口分析
断裂垫圈支撑面受力部位的表面涂层存在损 对回火脆性判断至关重要 [ 7 ] 。为进一步确认断裂锥
伤, 支撑面表面有多条裂纹, 裂纹从支撑面沿厚度方 形垫圈是否存在回火脆性, 人工打断同批完好垫圈,
向延伸。宏观断口呈亮灰色, 存在较多闪光小刻面, 观察其断口形貌是否与断裂垫圈一致。人工断口宏
未见腐蚀色彩和塑性变形痕迹; 微观断口可见大量 观形貌和 SEM 形貌如图4所示。

图4 人工断口宏观及SEM 形貌
人工打断断口宏观存在大量闪光小刻面, 微观 行再回火验证。对再回火后的垫圈进行硬度测试及
可见大量沿晶+少量韧窝+少量二次裂纹, 晶面干 人工断口分析, 具体硬度试验结果如表3所示。人
净, 未见鸡爪痕及撕裂棱, 与装配断裂垫圈断口形貌 工打断断口的宏观及 SEM 形貌如图5所示。
一致, 因此判定该批锥形垫圈存在回火脆性, 导致安 表2 65Mn钢的淬火、 回火制度
装断裂。 淬火 回火
表2为65Mn钢的常用淬火、 回火制度 [ 8 ] , 结合 加热温度 / ℃ 冷却介质 硬度 / HRC 加热温度 / ℃ 冷却介质
安装断裂垫圈的硬度, 可知该批65Mn钢锥形垫圈 34.0~38.0 520~570
的回火温度应小于350 ℃ , 正好处于65Mn钢的第 36.0~40.0 500~550

一类回火脆性温度区 [ 9 ] , 导致该批次垫圈存在回火 810 油 40.0~45.0 430~480 油或水
脆性。微量杂质元素是造成回火脆性的最根本原 44.0~48.0 390~440
因, 其扩散并偏析到晶界和界面处, 降低了界面的键 46.0~51.0 360~410
合能 [ 10 ] 。由于垫圈硬度超出标准要求, 导致塑性较
表3 再回火前后硬度
差, 且支撑面表面存在微裂纹, 在外部较快的安装速
率下, 微裂纹受冲击作用沿晶界薄弱处延伸, 直至 试样 实测值 / HV 洛氏硬度
1点 2点 3点 平均值 实测值 / HRC
断裂。
选取同批完好垫圈, 去掉达克罗涂层后, 对其进 再回火后垫圈 475 478 474 476 47.5

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