Page 50 - 理化检验-物理分册2024年第六期

6

质量控制与失效分析 DOI:10.11973/lhjy-wl240017

45 钢环断裂原因

宋 全，李 晗，淡 婷，张国庆，徐宋娟，颜明礼
（首都航天机械有限公司，北京 100076）

摘 要：某 45 钢环在进行淬火时发生断裂现象，采用宏观观察、化学成分分析、扫描电镜和
能谱分析、金相检验、硬度测试等方法对钢环断裂原因进行分析。结果表明：钢环的断裂性质
为淬火断裂，较高的加热温度和水冷形成的淬火应力是其断裂的主要原因，零件基体存在大量
沿环向分布的 MnS 夹杂物， 严重割裂了基体的连续性，对心部断裂起到促进作用。
关键词： 45 钢环；淬火断裂；沿晶断裂；热应力；MnS；淬火应力
中图分类号：TG157；TG115.2 文献标志码：B 文章编号：1001-4012(2024)06-0034-03
Fracture reason of 45 steel ring

SONG Quan, LI Han, DAN Ting, ZHANG Guoqing, XU Songjuan, YAN Mingli

(Capital Aerospace Machinery Co., Ltd., Beijing 100076, China)

Abstract: The fracture of a 45 steel ring occurred during quenching. The fracture causes of the steel ring were
analyzed by means of macroscopic observation, chemical composition analysis, scanning electron microscopy and energy
spectrum analysis, metallographic examination and hardness test. The results show that the fracture property of the steel
ring was quenching fracture, and the higher heating temperature and quenching stress formed by water cooling were the main
reasons for its fracture. There were a large number of MnS inclusions distributed along the circumferential direction in the
matrix of the part, which seriously cut the continuity of the matrix and promoted the fracture of the core.
Keywords: 45 steel ring; quenching fracture; intergranular fracture; thermal stress; MnS; quenching stress

45钢是一种优质碳素钢，经调质处理后该钢具 长为485 mm，约占外圆总周长的1/6，钢环和断口的
有较高的强度，是机械制造行业常用的材料 [1-3] 。某 宏观形貌如图1所示。由图1可知：整体断面呈现金
公司将厚度为60 mm的45钢热轧钢板加工成内径为 属光泽，心部断面粗糙；断面存在从心部向四周发散
900 mm、外径为1 040 mm的钢环。在840 ℃下对该 的放射状条纹，说明裂纹起源于零件心部。距离钢
零件保温2 h，水淬后钢环沿直径方向断裂为两段， 环外表面约5 mm厚的区域呈现细瓷状，该区域为终
零件小段中心位置沿环向均匀断裂为两部分。笔者 断区。
采用一系列理化检验方法分析了钢环断裂的原因， 1.2 化学成分分析
以防止该类问题再次发生。 在断裂的钢环上截取试样，采用电感耦合等离

1 理化检验 子体发射光谱仪对试样进行化学成分分析，结果如
表1所示。由表1可知：钢环原材料的化学成分符合
1.1 宏观形貌
GB/T 711—2017《优质碳素结构钢热轧钢板和钢
钢环沿轴向断裂为两部分，其中一小段部分沿
带》对45钢的要求。
环向中心又断裂为两层环形断口，小段部分外圆弧
1.3 扫描电镜(SEM)与能谱分析
采用扫描电子显微镜对钢环轴向和环向断面进
行观察，结果如图2所示。由图2可知：轴向断口心
收稿日期：2024-01-22
部裂纹源区断面上可见明显的河流花样，其为解理
作者简介：宋 全（1990—），男，硕士，工程师，主要从事金相检
断裂典型形貌[见图2a）]；断口外表面5 mm厚的细
验和失效分析工作，ht_songquan@163.com
34