趙雙雙 勾洋洋 杜文樂 浦一凡

摘 要：針對(duì)某38CrMoAlA十字頭銷運(yùn)行過程中發(fā)生斷裂破壞，利用化學(xué)成分分析、力學(xué)性能測(cè)試、金相分析等方法對(duì)其進(jìn)行了失效分析。結(jié)果表明：該十字頭銷的斷裂為大應(yīng)力低周疲勞斷裂。

關(guān)鍵詞：十字頭銷;斷裂;38CrMoAlA;調(diào)質(zhì)

0引言

由某公司十字頭銷在運(yùn)行三個(gè)月后發(fā)生斷裂。原材料為38CrMoAlA合金鋼，熱處理?xiàng)l件為調(diào)質(zhì)處理。產(chǎn)品執(zhí)行JB/T 6908-2006《容積式壓縮機(jī)用鋼鍛件》標(biāo)準(zhǔn)。為了分析十字頭銷斷裂的原因，現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行化學(xué)成分、金相組織、力學(xué)性能等檢驗(yàn)分析[1-5]。

1化學(xué)成份及力學(xué)性能復(fù)檢

在斷裂的十字頭銷件上取樣，采用德國OBLF QSN750-Ⅱ型真空直讀光譜儀進(jìn)行化學(xué)成分檢測(cè)。檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 4336-2016《碳素鋼和中低合金鋼多元素含量的測(cè)定火花放電原子發(fā)射光譜法（常規(guī)法）》。檢測(cè)結(jié)果見表1，表1中同時(shí)列出了JB/T 6908-2006中38CrMoAl標(biāo)準(zhǔn)值。表明試件的化學(xué)成份符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2十字頭銷宏觀檢測(cè)

圖1為十字頭銷斷口宏觀形貌。受油孔分隔，斷面分4個(gè)扇形區(qū)域，每個(gè)區(qū)域都是一個(gè)單獨(dú)的斷口。其中兩個(gè)相鄰的斷口為典型疲勞斷口，另兩個(gè)相鄰斷口為大載荷快速斷裂斷口。疲勞斷口部分如見圖2所示，貝殼狀花紋清晰可見，斷口呈明顯的疲勞斷裂特征，斷裂性質(zhì)為大應(yīng)力低周疲勞。在疲勞斷口上，觀察可見多個(gè)裂紋源，說明應(yīng)力集中系數(shù)越大。名義應(yīng)力越高，疲勞源出現(xiàn)的數(shù)目就越多。疲勞源主要位于十字頭銷外表面，在銷釘孔的外沿的倒角部位。

圖中宏觀斷口檢測(cè)，疲勞源附近的滲氮層有脆性剝離現(xiàn)象，滲氮層由外表面向基體有多條裂紋，見圖3，圖4。觀察十字頭銷軸向形貌，發(fā)現(xiàn)有一些平行的摩擦痕跡，藍(lán)灰色氧化膜的出現(xiàn)意味著有局部過熱現(xiàn)象，見圖5。

除了兩個(gè)疲勞斷口區(qū)域外，另兩個(gè)區(qū)域?yàn)殇N釘最后斷裂的區(qū)域，為服役中后期因疲勞開裂的原因使銷釘有效截面積顯著減小，大應(yīng)力導(dǎo)致的斷裂。

3十字頭銷微觀組織檢測(cè)

在斷裂十字頭銷斷裂面附近橫截面取樣，按照GB/T 226-2015《鋼的低倍組織及缺陷酸蝕檢驗(yàn)法》，用1∶1鹽酸水溶液腐蝕觀察其宏觀形貌，依據(jù)GB/T 1979-2001《結(jié)構(gòu)鋼低倍組織缺陷評(píng)級(jí)圖》評(píng)定，屬于一般疏松0.5級(jí)，中心疏松0.5級(jí)，錠型偏析0.5級(jí)。符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

將斷裂件上取樣檢測(cè)試樣的非金屬夾雜物。將金相樣品進(jìn)行預(yù)磨、精磨、拋光，然后在德國蔡司Axio Observer Z1M光學(xué)顯微鏡下觀察，按照GB/T 10561-2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖顯微檢驗(yàn)法》進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見表3。

使用3%硝酸酒精溶液對(duì)金相試樣進(jìn)行腐蝕。進(jìn)行晶粒度、微觀組織檢測(cè)。依照GB/T6394-2017《金屬平均晶粒度測(cè)定方法》，試樣的晶粒度為6級(jí)，組織為帶有馬氏體取向的回火索氏體組織。調(diào)質(zhì)后組織見圖6。樣品的氮化層厚度在0.4mm左右，見圖7。

4檢測(cè)分析結(jié)論

在故障件上取樣，采用直讀光譜儀、金相顯微鏡、顯微硬度計(jì)等檢測(cè)方法，對(duì)38CrMoAlA合金鋼材料的化學(xué)成分、非金屬夾雜物、顯微組織和裂紋形貌等項(xiàng)目進(jìn)行了檢驗(yàn)分析。并測(cè)試了其材料的力學(xué)性能。材料的化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)要求，力學(xué)性能基本合格（沖擊值略低于國標(biāo)，但達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）。

十字頭銷表層滲氮層厚度為0.4mm。

十字頭銷斷裂特征為大應(yīng)力低周疲勞斷裂。其斷裂原因?yàn)?，在十字銷工作過程中，因沖擊載荷等過載或大應(yīng)力過程，損傷銷釘表面，以及在表層產(chǎn)生周期性的拉壓應(yīng)力和應(yīng)變，促使?jié)B氮層發(fā)生了分層和開裂。表層裂紋形成了應(yīng)力集中，在大應(yīng)力交變作用下裂紋將快速擴(kuò)展。當(dāng)裂紋擴(kuò)展到一定程度后，在載荷作用下銷釘發(fā)生形變，因形變?cè)斐射N釘與襯套摩擦出現(xiàn)磨損痕跡;由形變?cè)斐傻漠惓Ｄp和形成的局部的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，加速了十字頭銷的疲勞斷裂。

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