Page 52 - 理化检验-物理分册2024年第六期
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宋 全，等：45钢环断裂原因
图 4 钢环显微组织形貌
表2 钢环纵向截面非金属夹杂物评定结果 级 热应力大于组织应力，钢环表面受压应力、心部受拉
项目 A类 B类 C类 D类 DS类 应力，且心部沿着零件环向分布大量的MnS夹杂物，
级别 2 0 0 1 0 在夹杂物与基体交界处产生应力集中，严重割裂基体
的连续性，为微裂纹的萌生提供了条件 [9-10] ，对心部断
表3 淬火后钢环外表面和心部的洛氏硬度测试结果 HRC
裂起到促进作用。当心部拉应力超过其断裂强度时，
硬度
项目 零件便会从心部开始断裂，甚至出现环向断裂观象。
表面 心部
3 结论
实测值1 54 30
实测值2 57 31 （1）该钢环断裂性质为热处理过程中形成的淬
实测值3 58 29 火断裂。
平均值 56 30 （2）较高的加热温度和水冷形成的淬火应力是
2 综合分析 钢环断裂的主要原因。
（3）零件原材料存在沿环向分布的MnS夹杂
由上述理化检验结果可知：断裂钢环的化学成
物，严重割裂了基体的连续性，对心部断裂起到促进
分符合GB/T 711—2017 要求。裂纹从心部起始，
作用。
向四周发散扩展，源区断面呈典型的解理断裂特征，
外部断面呈沿晶断裂特征，钢环的断裂性质属于淬 参考文献：
火断裂。
[1] 王浩宇，何军，王大为，等．45钢外套螺母表面裂纹分
淬火过程会引起钢环应力分布急剧变化，经过
析[J]．失效分析与预防，2017，12(5)：294-298．
加热、保温和冷却 3 个过程，钢环会发生热胀冷缩
[2] 孙晓军，许永春，詹洋，等．45钢螺帽断裂原因[J]．理
体积变化和金属相变，由热胀冷缩引起的内应力为 化检验(物理分册)，2023，59(3)：38-41．
热应力，由金属相变产生的内应力为组织应力 [5-7] 。 [3] 王倩，田加红，丁霞，等．45钢主轴热处理畸变原因分
由于材料表面及中心温度的变化不同步，因此当材 析与改进措施[J]．金属热处理，2013，38(5)：115-118．
料表面及中心出现热处理残余拉应力，且其超过材 [4] 李亚红，郑淑丽，朱伟强，等．45钢淬火裂纹分析及改
料的抗拉强度时，材料将会断裂，形成淬火裂纹 。 进[J]．航天制造技术，2015(5)：50-52．
[8]
钢环在淬火过程中，其表面和心部的冷却速率 [5] 张坤，骆文锋，郭小童，等．淬火温度对45钢淬火开裂
不同，在冷却初期，表面冷却速率快，材料发生马氏 的影响[J]．机械工程材料，2022，46(3)：63-67．
体转变，在淬透区形成马氏体。钢环心部温度较高， [6] 邓想，杜伟．45钢阀芯零件淬火裂纹的工艺分析及改
进[J]．热加工工艺，2011，40(8)：198-199．
冷却速率较慢，心部发生珠光体转变，形成铁素体+
[7] 丁礼权,范植金,叶巍，等．45钢齿轮轴零件淬火断裂
珠光体。45钢的淬透性差，钢环存在明显的淬透层
原因分析[J]．理化检验(物理分册),2014,50(10):767-769.
与未淬透层的分界线，淬透深度只有5 mm，组织为
[8] 高祥，滕全全，郑自芹，等．40Cr盘毂裂纹失效分析[J]．
硬度较高的马氏体，心部为硬度偏低的铁素体+
兵器材料科学与工程，2018，41(6)：104-107．
珠光体，组织的差异为钢环提供了组织应力，导致热 [9] 李平平，李玉新，徐燕，等．锻钢件中常见冶金缺陷造成
处理时淬火断裂倾向增大。钢环的尺寸较大，使用传 的淬火开裂[J]．理化检验(物理分册)，2023，59(6)：1-6．
统840 ℃水淬的热处理工艺必然使钢环产生巨大热应 [10] 何婷,何志辉,邓家林．某宽厚钢板等离子切割断裂原
力，淬火冷却后期，待钢环心部冷却、体积收缩，此时 因[J]．理化检验(物理分册),2023,59(9):57-61.
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