Page 92 - 理化检验-物理分册2024年第十一期
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张生武，等：连续油管配套42CrMo钢挠性连接器断裂原因
方法，以避免该类问题再次发生。 试样，试样端面断口的宏观形貌如图2所示。由图2
1 理化检验 可知：断口属于典型的双向弯曲疲劳断口，断口左右
两侧可以清楚看到疲劳源区和疲劳扩展区，未见明
1.1 宏观观察
显瞬断区 。
[2]
开裂挠性连续油管的宏观形貌如图1所示。由
图1可知： 该挠性连接器开裂口位于左侧高低台阶的
过渡圆弧根部，断口外边缘较为平齐，挠性连接器上
可见明显的车削加工刀痕，未开裂高低台阶的过渡
圆弧半径较小，近似直角过渡。
将挠性连接器沿裂口张开方向折断，截取环形
图 2 挠性连接器端面断口的宏观形貌
1.2 化学成分分析
在断口附近截取试样，采用直读光谱仪对试样
进行化学成分分析，结果如表1所示。由表1可知：
挠性连接器的化学成分符合GB/T 3077—2015《合
金结构钢》的要求。
图 1 开裂挠性连续油管的宏观形貌
表1 断裂连接器的化学成分分析结果 %
质量分数
项目
C Si Mn S P Cr Ni Cu Mo
实测值 0.40 0.19 0.58 0.003 0.013 1.16 0.01 0.02 0.18
标准值 0.38~0.45 0.17~0.37 0.50-0.80 ≤0.035 ≤0.035 0.90~1.20 ≤0.03 ≤0.03 0.15~0.25
1.3 扫描电镜(SEM)分析 外表面的硬度均高于心部，测试结果范围波动较大，
将环形试样端面断口进行超声波清洗，然后置于 比连续油管母材硬度217 HB高出26 HB，两者力学
SEM下观察，结果如图3所示。由图3可知：断口从 性能存在差异，在测试过程中，零件受到反复弯曲作
外表面沿壁厚方向存在数条疲劳辉纹，且疲劳辉纹间 用力，内外表面加工硬化程度较心部大。
距较大；断口外边缘起裂区存在挤压损伤痕迹，断口
外边缘相邻车削区（过渡圆角处）的车削刀痕深浅不 2 综合分析
一，且存在明显的刮擦痕迹和形状不一的微孔洞；裂 连续油管与挠性连接器要经历数次弯曲-拉直
纹扩展区分布着大小不一、带挤压痕迹的韧窝 [3-5] 。 循环变形，挠性连接器承受往复低周疲劳载荷及复
1.4 金相检验 杂交变载荷。挠性连接器断口处的高低台阶过渡
在挠性连接器壁厚较厚的另一半断口附近截取 圆角半径仅为1.0 mm，近似直角，在承受载荷时会
金相试样，将试样磨制、抛光、腐蚀后置于光学显微 产生应力集中，形成微裂纹，微裂纹在低周疲劳载
镜下观察，结果如图4所示。由图4可知：试样表层 荷、交变载荷的作用下进一步扩展，最终导致连接器
与心部的显微组织无明显差异，均为回火索氏体＋ 断裂。
少量铁素体 ，为正常调质态组织，满足零件技术 由SEM分析结果可知，断口外边缘过渡圆角处
[6]
要求。 车削刀痕沟槽深浅不一，存在多条连续带状刮痕，原
1.5 硬度测试 因是车削过程中切削参数设置不合理，导致切屑排
在断口附近壁厚较厚的环形试样上取样，将其 出不畅、刀具磨损严重、机床受到振动，进而造成零
磨制、抛光后，按照GB/T 231.1—2018 《金属材料 件表面损伤。同时，过渡圆角及壁厚方向上存在形
布氏硬度试验 第1部分： 试验方法》对试样进行硬度 状不一的微孔洞，破坏了挠性连接器表面的连续性，
测试，结果如表2所示。由表2可知：挠性连接器内 在承受载荷时产生应力集中，车削沟槽和微孔洞处
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